(57)【要約】１実施形態によると、通信信号をユーザに送信するためにアンテナビームパターンが使用される。たとえば、アンテナビームパターンは、無線通信システムの順方向リンク上において適応アンテナアレイテクノロジーを使用して形成されることができる。統計を決定するためにユーザからの制御信号が使用される。たとえば、制御信号は、ユーザによって逆方向リンク上で送信されたパワー制御ビットであることができる。統計は特定の時間インターバルにわたるパワー制御ビット値の平均であることができる。この統計は、アンテナビームパターンを狭くし、それをユーザに導くために使用される。たとえば、アンテナビームパターンを最適化するためにディザリングアルゴリズムが使用されることができる。通話が終了した後、各ユーザに特有の最適化されたアンテナビームパターンは次の通話のために記憶され、それによって最適化プロセスが迅速で、さらに効率的なものとなることができる。【選択図】図２
2004518368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信信号をユーザに送信するためにアンテナビームパターンを使用し、
統計を決定するために前記ユーザからの制御信号を使用し、
前記統計を使用して前記アンテナビームパターンを狭くすると共に前記アンテナビームパターンを前記ユーザに導くステップを含んでいる方法。
【請求項２】
前記使用するステップの後に前記アンテナビームパターンを記憶するステップをさらに含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記使用するステップは、前記アンテナビームパターンを最適化するためにディザリングアルゴリズムを使用するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記制御信号はパワー制御信号である請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記制御信号はデータレート制御信号である請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記統計は、指定された時間インターバルにわたる前記制御信号の平均である請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記統計は前記制御信号のランニング平均である請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記統計は前記制御信号の加重された平均である請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記アンテナビームパターンは、適応アンテナアレイを使用して形成される請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記通信信号は、無線通信システムの順方向リンクによって送信される請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記無線通信システムは、広帯域符号分割多元アクセス通信システムである請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
ユーザから制御信号にアクセスするように構成された制御信号監視モジュールと、
前記信号監視モジュールによって出力された監視された信号のシーケンスから統計を決定するように構成された信号統計計算モジュールと、
前記ユーザに導かれるアンテナビームパターンを狭くするために前記統計を使用するように構成されたアンテナビームパターン最適化モジュールとを具備しているシステム。
【請求項１３】
前記アンテナビームパターンを出力して前記ユーザに導くように構成された適応アンテナアレイモジュールをさらに含んでいる請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記アンテナビームパターンを記憶するように構成されたアンテナビームパターン記憶モジュールをさらに含んでいる請求項１２記載のシステム。
【請求項１５】
前記アンテナビームパターン最適化モジュールは、前記アンテナビームパターンを最適化するためにディザリングアルゴリズムを使用する請求項１２記載のシステム。
【請求項１６】
前記制御信号はパワー制御信号である請求項１２記載のシステム。
【請求項１７】
前記制御信号はデータレート制御信号である請求項１２記載のシステム。
【請求項１８】
前記統計は指定された時間インターバルにわたる前記監視された信号のシーケンスの平均である請求項１２記載のシステム。
【請求項１９】
前記統計は前記監視された信号のシーケンスのランニング平均である請求項１２記載のシステム。
【請求項２０】
前記統計は前記監視された信号のシーケンスの加重された平均である請求項１２記載のシステム。
【請求項２１】
前記アンテナビームパターンは通信信号を前記ユーザに送信するために使用される請求項１２記載のシステム。
【請求項２２】
前記通信信号は無線通信システムの順方向リンクによって送信される請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記無線通信システムは広帯域符号分割多元アクセス通信システムである請求項２２の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、無線通信システムの分野に関する。とくに、本発明は、符号分割多元アクセス通信システム用の適応アンテナアレイ技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムでは、複数のユーザが共通の通信チャンネルを共有する。複数のユーザがこの通信チャンネルにより同時に情報を送信することによって生じるコンフリクトを避けるために、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）のようなある形態の多元アクセスプロトコルを使用する必要がある。プロトコルは限られた容量のチャンネルに対する多元アクセス割当てを行う他に、たとえば、ユーザを互いに分離させ、すなわちユーザ間の妨害を制限し、低い確率の傍受とも呼ばれている意図されていない受信者による受信および解読を困難にすることにより機密保護を行う等、他の機能を行うことができる。
【０００３】
ＣＤＭＡシステムにおいて、信号を符号化することにより各信号が別のユーザのものから分離される。各ユーザはその情報信号を送信信号に固有に符号化する。意図された受信者はそのユーザの符号シーケンスを知っているので、送信信号を復号してその情報を受取ることができる。情報信号を符号化することによりそのスペクトラムが拡散され、その結果符号化された送信信号の帯域幅はその情報信号の元の帯域幅よりはるかに広くなる。このために、ＣＤＭＡは“スペクトラム拡散”変調または符号化とも呼ばれている。
【０００４】
各ユーザの信号のエネルギは、各ユーザの信号がその他のユーザには雑音として現れるようにチャンネル帯域幅にわたって拡散される。復号プロセスにより十分な信号対雑音比を得ることが可能であり、すなわち、所望のユーザの信号をその他のユーザの信号の“雑音”妨害から分離することが可能である限り、その信号中の情報は回復されることができる。ユーザの信号の情報回復に影響を与える別のファクタは、シャドウイング（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）およびマルチパスによるフェーディングのような各加入者に対する環境内の異なった条件である。簡単に説明すると、シャドウイングは、送信機と受信機との間の信号伝送路をさえぎるたとえば、巨大なビルディング等の、物理的物体によって発生される妨害である。マルチパスは、信号が長さの異なる多くの通路を通って異なった時間に受信機に到達した結果として発生する信号歪である。マルチパスは、通信チャンネルの“時間分散”とも呼ばれる。マルチパスフェーディングはまた時間と共に変化する可能性がある。たとえば、マルチパスフェーディングの量は、自動車または風にそよいでいる樹木のような運動している物体から信号が反射した結果急速に変化することができる。
【０００５】
無線通信において、とくに音声通信では、二重化または全二重化方式と呼ばれる２つのユーザ間における同時で両方向の通信を行うことが望ましい。ＣＤＭＡシステムにおいて二重化を行うために使用される１つの方法は、周波数分割二重化である。周波数分割二重化において、１つの周波数帯域は基地局からユーザまたは“加入者装置”への通信のために使用され、これは“順方向”チャンネルと呼ばれ、別の周波数はユーザまたは加入者装置から基地局への通信のために使用され、“逆方向”チャンネルと呼ばれる。順方向チャンネルはまた“ダウンリンク”チャンネルとも呼ばれ、逆方向チャンネルは“アップリンク”チャンネルまたは“戻りリンク”とも呼ばれる。符号化および変調の固有の実施形態は順方向チャンネルと逆方向チャンネルとの間で異なっていてもよい。
【０００６】
信号の信頼性を高めるために使用されることができる技術を集めたものの１つは“パワー制御”と呼ばれる。簡単に言うと、パワー制御は、異なったユーザの相対的な移動およびマルチパスフェーディングのような通信チャンネル中で変化している条件を補償するように、信号が送信されているあいだに送信機で信号のパワーを調節する。パワー制御の１つの目的は、各ユーザに送信されるパワーを、信頼できる通信リンクを維持するのに必要とされる最小レベルに保持し、それによって上述した異なったユーザの信号間の妨害を最小にすることである。たとえば、パワー制御は、各ユーザの受信装置がパワー制御情報を基地局の送信機に周期的に送信するようにすることにより順方向リンク上で実施されることができる。１つの典型的なＣＤＭＡシステムにおいて、パワー制御情報は、１．２５ミリ秒ごとに送られる１ビットの形態である。たとえば、そのビットが＋１および−１の値を有している場合、＋１は、受信機は弱い信号を有している、すなわち受信機はもっと多くのパワーを送信される必要があるという情報として解釈されることができ、また、−１は、受信機は強い信号を有している、すなわち受信機は減少されたパワーで送信されることが可能であるという情報として解釈されることができる。したがって、基地局は、各ユーザに対する信号パワーを最適化することによりユーザ間の妨害を最小にするように各ユーザに送信される信号パワーを別々に調節する。
【０００７】
ユーザ間の妨害を最小にするために適応アンテナアレイテクノロジーもまた使用されることができる。適応アンテナアレイテクノロジーは、送信される信号中のエネルギを集束して“ビーム”にし、これを導くために使用されることができ、“ビーム”は信号送信の効率を劇的に増加させるために使用されることができる。ビームの形状は変更されることができる。たとえば、ビームは狭くされることもできるし、広くされることもできる。ビームはまた異なった方向に“指向”または“操縦”されることができる。アンテナアレイから送信されるビームの特定の形状および方向は“アンテナビームパターン”と呼ばれる。特定のユーザに導かれるアンテナビームパターンを狭くすることにより、その特定のユーザのアンテナビームパターンの外側にいる別のユーザに対する妨害が減少され、あるいは除去され、それによってユーザ間の妨害を最小にするのを助ける。ユーザ間の妨害が減少すると、システム容量は増加され、すなわち非常に多数のユーザがそのシステムを同時に使用することができる。
【０００８】
無線通信システムにおいて適応アンテナアレイテクノロジーを使用するいくつかのアプローチが存在する。そのアプローチのいくつかは、その権利がシカゴ・テクノロジー社（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）に譲渡された米国特許第 ６，００６，１１０ 号明細書（“Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｓｉｎｇ Ｔｉｍｅ−Ｖａｒｙｉｎｇ Ｖｅｃｔｏｒ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｐａｔｉａｌ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ”）に記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
基地局で適応アンテナアレイテクノロジーを使用する１つのアプローチにおいて、基地局はユーザから受信された信号の到着角度を評価する。その後、基地局はその到着角度評価を使用して、送信角度の評価を形成する。上述した周波数二重化に関して、受信される信号および送信される信号は周波数が異なっているため、２つの信号に対して無線周波数チャンネルは異なっている。異なった周波数の２つのチャンネルが方向的にどの程度相関しているかに応じて、送信角度の評価はよいまたは悪い近似値となる。その近似値が不正確である程、広いアンテナビームパターンが使用されなければならず、このアプローチによるユーザ間の妨害の減少を制限する。
【００１０】
第２のアプローチにおいて、基地局は適応アンテナアレイの各アンテナ素子で直交パイロット信号を送信する。ユーザの加入者装置は、各パイロット信号の振幅および位相を決定し、その情報を戻りリンクで基地局に送り返して報告する。基地局はその情報を使用してそのユーザに導かれる狭いビームを形成する。このアプローチには、パイロット信号の振幅および位相情報、すなわち非ユーザ情報を戻りリンク、すなわち逆方向チャンネルで送信するための余分な帯域幅が戻りリンク上に必要である。非ユーザ情報を送信するためにチャンネル容量が使用される程、ユーザ情報を送信するために利用可能なチャンネル容量が少なくなる。換言すると、戻りリンクでの信号送信に対して“オーバーヘッド”が生じ、戻りリンクでの送信の実効帯域幅効率が低下する。さらに、このアプローチは加入者装置における複雑さの追加を必然的に伴い、それによって加入者装置の費用の増加が必要になる可能性が高い。したがって、この第２のアプローチは、既存のＣＤＭＡ通信システムにそれを導入するには、非常に多くの加入者装置を有効なものにするように改善するために修正または置換が必要であるという意味において“逆適合”しない。
【００１１】
このように、正確なアンテナビームパターンを使用して信号送信を行うことによりユーザ間の妨害を減少し、システム容量を増加させることが技術的に必要とされている。戻りリンク上において信号送信オーバーヘッドを発生させずに適確なアンテナビームパターンを形成することもまた技術的に必要とされている。さらに、既存のシステムに逆適合し、加入者装置の複雑さおよび費用を増加させない適確なアンテナビームパターンを使用する信号送信システムを提供することが技術的に必要とされている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、無線通信において順方向リンクビームを形成するための方法およびシステムに関する。本発明の１つの特徴において、正確なアンテナビームパターンを使用して信号送信を行うことにより、ユーザ間の干渉を減少させると共にシステム容量を増加させる技術的な必要性が満足される。本発明の１実施形態によると、正確なアンテナビームパターンは、逆方向リンク上における信号送信オーバーヘッドを招かずに順方向リンク上で形成される。本発明の１つの特徴において、加入者装置の複雑さおよび費用を増加させず、既存のシステムに逆適合する方法で正確なアンテナビームパターンが信号送信システムに提供される。
【００１３】
本発明の１つの特徴において、アンテナビームパターンは通信信号をユーザに送信するために使用される。たとえば、アンテナビームパターンは、無線通信システムの順方向リンク上において適応アンテナアレイテクノロジーを使用して形成されることができる。統計を決定するためにユーザからの制御信号が使用される。たとえば、制御信号は、ユーザによって逆方向リンク上で送信されたパワー制御ビットであることができる。統計は特定の時間インターバルにわたるパワー制御ビット値の平均であることができる。この統計は、アンテナビームパターンを狭くし、それをユーザに導くために使用される。たとえば、アンテナビームパターンを最適化するためにディザリングアルゴリズムが使用されることができる。通話が終了した後、各ユーザに対して特有の最適化されたアンテナビームパターンがユーザの次の通話のために記憶され、それによってアンテナビームパターン最適化プロセスをさらに迅速で効率的なものにすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この明細書に開示されている実施形態は、無線通信システムにおいて順方向リンクビームを形成する方法およびシステムに関するものである。以下の説明には、本発明の構成に関する特定の情報が含まれている。当業者は、本発明が本出願明細書にとくに記載されているものとは別の方式で実施されることが可能であることを認識するであろう。さらに、本発明の特定の詳細な部分のいくつかは本発明を不明瞭にしないために記載されていない。この特定の詳細は、当業者の知識の範囲内のものであり、したがって本出願明細書には記載されない。
本明細書およびそれに付随する詳細な説明における図面は、本発明の例示的な実施形態に関するものに過ぎない。簡潔性を維持するために、本発明の原理を使用する別の実施形態は本明細書および図面にとくに記載されていない。
【００１５】
図１は、１実施形態による適応アンテナアレイビーム形成を使用するセクタ化されたセルにおける無線通信の一例を示している。図１に示されている例示的なシステム１００は、たとえば、広帯域符号分割多元アクセス（“ＷＣＤＭＡ”）通信システムであることができる例示的なセルラー通信システムの一部分を構成する。ＷＣＤＭＡ通信システムはまた、“スペクトラム拡散通信システム”と呼ばれている。
【００１６】
本出願人にその権利が譲渡された米国特許第 ４，９０１，３０７号明細書（“Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｏｒ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒｅｐｅａｔｅｒｓ”）には、ＣＤＭＡ通信システムの一般原理、およびとくに通信チャンネルにより送信されるスペクトラム拡散信号の発生に対する一般原理が記載されている。この米国特許第 ４，９０１，３０７号明細書の開示は全て、この明細書において参照とされている。さらに、本出願人にその権利が譲渡された米国特許第 ５，１０３，４５９号明細書（“Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｓｉｇｎａｌ Ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ｉｎ ａ ＣＤＭＡ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ”）には、ＰＮ拡散、ウォルシュカバリング、およびＣＤＭＡスペクトラム拡散通信信号を発生する技術に関する原理が開示されている。この米国特許第 ５，１０３，４５９号明細書の開示もまたこの明細書において全て参照とされている。さらに、本発明はデータの時間多重化および“ハイデータレート”通信システムに関する種々の原理を使用してもよく、また本発明は、その権利が本出願人に譲渡された米国特許出願第 ０８／９６３，３８６ 号明細書（“Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅ Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”１９９７年１１月３日出願）に開示されている“ハイデータレート”通信システムにおいて使用されることができる。この米国特許出願明細書の開示もまたこの明細書において全て参照とされている。
【００１７】
図１を続けて参照とすると、例示的なシステム１００はセル１０２を含んでいる。セル１０２は、たとえば、ＷＣＤＭＡシステム内のいくつかのセルの１つであることができる。ＷＣＤＭＡシステム内のセルは典型的に３つのセクタに分割されている。セルをセクタ化することにより、たとえば、直交拡散符号のさらに効率的な割当て等の種々の利益が得られる。本発明における１実施形態を例示するために使用される例において、セル１０２はセクタ化されたセルであり、セクタ１０４を含んでいる。基地局１０６はセル１０２の全てのセクタ内のユーザに通信を提供し、とくにこの例では、セクタ１０４内のユーザ１０８に通信を提供する。この例は、順方向チャンネルにおいて発生した通信、すなわち、基地局１０６からユーザ１０８の加入者装置１０８への通信を示している。適応アンテナアレイテクノロジーは、ユーザ１０８に導かれるアンテナビームパターン１１０を形成するために基地局１０６において使用される。
【００１８】
アンテナビームパターン１１０は、通信チャンネルを横切ってユーザ１０８に送られるべきユーザ情報を含む通信信号を送信するために使用される。通信チャンネルは、たとえば、無線通信システム内の送信アンテナと受信アンテナとの間の無線周波数送信であることができる。アンテナビームパターン１１０は、セクタ１０４の幅全体に対して信号送信エネルギを拡散するのではなく、ユーザ１０８に向かって信号送信エネルギを集束させるように狭められる。それによってユーザ１０８に送られることを意図されたアンテナビームパターン１１０で送信された通信信号により引き起こされるユーザ１０８以外のユーザに対する妨害が減少する。したがって、図１は、ＷＣＤＭＡ無線通信システム内の多数のユーザ間における妨害を最小化するために適応アンテナアレイテクノロジーが使用されるシステムの一例を示している。
【００１９】
図２は、１実施形態による例示的なアンテナビーム最適化モジュールを示している。図２に示されているビーム最適化モジュール２００は、通信が順方向チャンネルにおいて行われているときに、一般に基地局、ゲートウェイ、または衛星中継器内に存在することのできる送信機の一部分を構成する。ビーム最適化モジュール２００は、たとえば、ＷＣＤＭＡ通信システムまたはスペクトラム拡散通信システムにおける基地局送信機の一部分であることができる。図２に示されているビーム最適化モジュール２００は、制御信号監視モジュール２０２、信号統計計算モジュール２０４、アンテナビームパターン記憶モジュール２０６、アンテナビームパターン最適化モジュール２０８、および適応アンテナアレイモジュール２１０を含んでいる。モジュール間における情報の流れは、図２のブロック図においてモジュール間の矢印で示され、この矢印はまた情報流の方向を表している。
【００２０】
図２を続けて参照とすると、制御信号監視モジュール２０２は、ユーザにより逆方向リンクで送返された制御信号を読出し、その信号中の情報を制御信号監視モジュール２０２の出力において利用できるものにするハードウェアを含んでいる。たとえば、制御信号は、上述したように戻りリンク上にほぼ１．２５秒ごとに現れるパワー制御ビットであることができる。パワー制御ビットは、たとえば、バッファまたはレジスタ中に記憶されることができ、あるいはシステム内の別のモジュールに直接送られることができる。この例はパワー制御信号を使用する１実施形態を例示しているが、加入者装置の複雑さを増加させない本発明の利点および逆方向適合性を犠牲にすることなく、その他の既存のユーザフィードバック制御信号が使用可能であることは明白である。たとえば、データレート制御（“ＤＲＣ”）信号は、ハイデータレート（“ＨＤＲ”）通信システムのような無線データ通信システムにおいて使用されることができる。特定のタイプの制御信号に対して制御信号監視モジュール２０２を構成する詳細は、当業者に明らかである。
【００２１】
この例による説明を続けると、パワー制御信号ビットは、制御信号監視モジュール２０２により信号統計計算モジュール２０４に出力される。制御信号監視モジュール２０２の出力はまた“監視された信号のシーケンス”と呼ばれる。上述のように、パワー制御ビットは、加入者装置により要求される信号パワーの増加または減少に応じて、＋１と−１との間を交互するように構成されることができる。したがって、パワー制御信号ビットは、マルチパスフェーディングのようなチャンネル内の雑音に応答する。それ故、パワー制御信号は、有用なものになるために濾波を必要とする雑音の多い信号である。この例において、パワー制御信号はパワー制御ビットを時間にわたって平均化することにより濾波される。パワー制御ビットの平均値は、信号統計計算モジュール２０４により周期的に、たとえば、１００ミリ秒ごとに出力されることができる。別の例として、信号統計計算モジュール２０４は、別のモジュールによって値が読出されるたびに出力され、その後リセットされるランニング平均を保持することができる。この例では、信号統計計算モジュール２０４は時間インターバルに対するパワー制御ビットの平均値を出力し、この時間インターバルは、アンテナビームパターン最適化モジュール２０８が信号統計計算モジュール２０４の出力から平均値を読出した後ごとに始まる。
【００２２】
図２を続けて参照とすると、アンテナビームパターン記憶モジュール２０６は各ユーザに特有の最適化されたアンテナビームパターンを記憶する。各ユーザの以前の呼から結果的に得られた最適化されたアンテナビームパターンは、各特有のユーザに対して保存される。その後、ユーザの次の呼の始めに、そのユーザの前の呼から得られたそのユーザに特有の最適化されたアンテナビームパターンは、通信信号を基地局からその特有のユーザに送信するために直に使用されることができる。その呼の期間中に、アンテナビームパターンは再度最適化され、その呼の終りに、最も新しい最適化されたアンテナビームパターンがそのユーザに対して記憶される。ユーザの以前の呼が存在しない場合、あるいはそのユーザの最適化されたアンテナビームパターンが以前記憶されなかった場合、標準的なアンテナビームパターンが使用されることができる。たとえば、ある標準的なアンテナビームパターンは、セクタ全体に送信する１２０度幅パターンであることができる。その後、その標準的なアンテナビームパターンは呼の期間中に最適化され、その呼の終りに最適化されたアンテナビームパターンがそのユーザに対して記憶される。このようにして、各ユーザに特有の最適化されたアンテナビームパターンを記憶することにより、システムの効率が増加し、前に記憶された最適化されたアンテナビームパターンを有するユーザに対する最適化されたアンテナビームパターンを獲得するのに要する時間が短くなる。
【００２３】
図２を続けて参照とすると、アンテナビームパターン最適化モジュール２０８は、上述したように、標準的なアンテナビームパターン、またはユーザの前の呼から得られたそのユーザに特有の最適化されたアンテナビームパターンのいずれかから始めて、そのアンテナビームパターンを最適化する。この例において、アンテナビームパターンを最適化するためにアンテナビームパターン最適化モジュール２０８により使用されるアルゴリズムは、“ディザリング”アルゴリズムである。ディザリングアルゴリズムの動作は以下の例によって説明されることができる。通信信号をユーザに送信するために既知のアンテナビームパターンが使用される。この既知のアンテナビームパターンは、上述したように標準的なアンテナビームパターン、またはそのユーザの前に記憶されたパターン、あるいは最適化の任意の中間段階で使用されたアンテナビームパターンであることができる。その後、既知のアンテナビームパターンは、そのビームの特定の部分または“スライス”をそのパターンの一側から除去することによって狭められる。
【００２４】
その後、アンテナビームパターン最適化モジュール２０８は、信号統計計算モジュール２０４の出力から平均値を読出す。パワーの変更がそのユーザにより要求されていない（そのユーザは依然としてそのパターンの“内側”にいる）ことをその値が示した場合、そのビームの別のスライスがパターンの一側から除去される。パワーの増加がそのユーザにより要求された（そのユーザが突然そのパターンの“外側”に移動した）ことをその値が示した場合、そのビームの前に除去されたスライスがそのパターンに復元され、あるスライスがそのパターンの他方の側から除去される。アンテナビームパターン最適化モジュール２０８は、アンテナビームパターンに対する各変更後に信号統計計算モジュール２０４の出力から平均値を読出す。このようにして、アンテナビームパターンは狭められると同時にユーザに導かれる。アンテナビームパターンを狭めて導く、すなわちアンテナビームパターンを最適化するプロセスは、呼の持続期間中続行する。呼が終了したとき、最適化されたアンテナビームパターンは上述したようにアンテナビームパターン記憶モジュール２０６により記憶される。
【００２５】
図２を続けて参照とすると、適応アンテナアレイモジュール２１０は、複素数値にされた重みの形態のアンテナビームパターン情報を、アンテナアレイにより送信される信号のアンテナビームパターンを形成するためにそのアンテナアレイの各アンテナ素子に与えられる振幅および位相情報に変換する。たとえば、アンテナビームパターンは、技術的に知られているようにアンテナアレイからのアンテナビームパターンに適合した信号を送信するために使用されることができる。
【００２６】
したがって、図２は無線通信システムにおける通信信号の送信に対して最適化されたアンテナビームパターンを形成し、それによって多数のユーザ間における妨害を最小化してシステム容量を増加するために使用されることのできるシステムの一例を示している。
【００２７】
図３は、１実施形態による正確なビーム形成を行うプロセスの一例を示すフローチャート３００を示している。図３に示されているフローチャート３００は、通信が順方向チャンネルにおいて行われているときに、一般に基地局、ゲートウェイ、または衛星中継器に存在する送信機において行われることのできるプロセスを示している。フローチャート３００に示されているプロセスは、たとえば、ＷＣＤＭＡ通信システムまたはスペクトラム拡散通信システム内の基地局送信機におけるビーム最適化モジュールによって行われることができる。
【００２８】
図３を参照とすると、ステップ３０２においてアンテナビームパターンを最適化するプロセスはユーザがシステムを捕捉することにより始まる。たとえば、システムの捕捉には、プローブ信号の送信、種々の“ハンドシェーク”プロトコルおよび“トレーニング期間”の終了、ならびに直交拡散符号のような種々のシステムリソースの割当てを含むいくつかのステップが含まれていてもよい。ユーザがシステムを捕捉したとき、システムは特定のユーザを識別するために使用されることのできる情報、たとえば、ユーザ特定マスクまたは電子製造番号（“ＥＳＮ”）を有している。ステップ３０４において、システムを捕捉したその特定のユーザに対してアンテナビームパターンが記憶されているか否かを決定するためにこの識別情報が使用されることができる。
【００２９】
パターンが前に記憶されていないとき、プロセスはステップ３０６に進み、アンテナビームパターンの最適化を始める前に標準的なアンテナビームパターンが通信信号をユーザに送り返すために使用される。パターンが前に記憶されているとき、プロセスはステップ３０８に進み、アンテナビームパターンの最適化を始める前にそのユーザに特有の前に記憶されたアンテナビームパターンが通信信号をユーザに送り返すために使用される。上述したように、前に記憶されたパターンの使用は、アンテナビームパターンを最適化するために必要とされる時間を減少させることができる。
【００３０】
ステップ３１０において、プロセスはパワー制御ビット監視を開始する。パワー制御ビット監視には、上述の無線通信システムのパワー制御サブシステムからの情報へのアクセスが含まれる。この例を説明するためにパワー制御が使用されているが、別のタイプのフィードバック情報が使用されることができる。当業者に明らかであるように、たとえば、データレート制御またはＤＲＣ情報がデータ通信システムにおいて使用されることができる。パワー制御ビット監視のプロセスは呼の継続期間中続行する。
【００３１】
ステップ３１２において、プロセスはパワー制御ビット統計計算を開始する。この例では、パワー制御ビットの連続した値が平均化される。上述したように、いくつかの異なった平均化方法が存在する。たとえば、１００ミリ秒等の特定の時間インターバルにわたって平均が計算されることが可能であり、その平均値が１００ミリ秒ごとに出力されることができる。別の例においては、平均化計算は平均値が読出されるたびに再開され、次の平均値が読出されるまで続行され、再び再開されることができ、以降同様に行われることができる。この例を説明するために簡単な平均化が使用されているが、たとえば、重みつき平均等の別のタイプの平均化が使用されることができる。パワー制御ビット統計計算のプロセスは、呼の継続期間中続行する。
【００３２】
ステップ３１４において、プロセスは、上述したディザリングアルゴリズムを使用してアンテナビームパターン最適化を開始する。アンテナビームパターン最適化のプロセスは、呼の持続期間中続行される。ステップ３１６において、ユーザは呼を終了し、ユーザに割当てられたシステムリソースを放棄する。ユーザ位置が固定している通信システムにおいては、呼の最終的な最適化されたビームパターンは次の呼に対して必要とされるアンテナビームパターンと相関する。したがって、ステップ３１８において呼からの最終的な最適化されたアンテナビームパターンを記憶することによりシステムの効率および初期応答時間が改善される。ステップ３１８において呼からの最適化されたアンテナビームパターンが記憶された後、アンテナビームパターンを最適化するプロセスは終了する。
【００３３】
したがって、図３は無線通信システムにおける通信信号の送信に対して最適化されたアンテナビームパターンを形成し、それによって多数のユーザ間における妨害を最小化してシステム容量を増加するために使用されることのできるプロセスの一例を示している。
【００３４】
上記の説明から、本発明は、無線通信において順方向リンクビーム形成を行うための方法およびシステムを提供することが認識される。上述されているいくつかの実施形態の１つによると、ユーザ情報は、ユーザに導かれる狭いアンテナビームパターンを形成するために適応アンテナアレイテクノロジーを使用して通信信号により基地局からユーザに送信される。アンテナビームパターンは特定の各ユーザに対して最適化され、それによって無線通信システム内の多数のユーザ間における信号妨害を最小化し、その結果システム容量が増加する。さらに、上述された本発明の１実施形態によると、アンテナビームパターンを狭めてユーザに導く方法では、他の方法よりも適確にビームが形成され、最適化が良好に行われる。本発明はＣＤＭＡシステムにおける通信方式に適応されるものとして説明されているが、当業者は、システム容量を増加させ、無線通信システム内のユーザ間の妨害を減少させるために適確なアンテナビームパターン形成が必要とされる類似の状況において本発明をどのように適応させるかを容易に認識するであろう。
【００３５】
上記の説明から、本発明の概念を実施するために種々の技術が本発明の技術的範囲を逸脱することなく使用されることが明らかである。さらに、実施形態の説明はある定まった実施形態をとくに参照として説明されているが、当業者は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく形態および詳細の変更が可能であることを認識するであろう。たとえば、データレート制御（ＤＲＣ）信号のような異なった既存のフィードバック制御信号は、この例で使用されたパワー制御信号と同様に使用されることができる。また、たとえば、この明細書に記載されている１実施形態に記載されているディザリングアルゴリズムは、ビームパターンを最適化する別のアルゴリズムにより置換されることができる。記載されている実施形態は全ての点において単なる例示であり、何等制限を課すものではない。本発明はここに記載されている特定の実施形態に制限されず、本発明の技術的範囲を逸脱することなく多くの再配列、修正および置換を行うことができることもまた認識すべきである。
【００３６】
以上、無線通信システムにおいて順方向リンクビーム形成を行うための方法およびシステムについて説明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】
例示的な無線通信システムにおいてユーザに導かれたアンテナビームパターンの一例と共に示されているセクタ化されたセルの概略図。
【図２】
例示的な無線通信システムにおける本発明の１実施形態による例示的なビーム最適化モジュール内の情報の流れを示すブロック図。
【図３】
例示的な無線通信システムにおける本発明の１実施形態による正確なビーム形成を行うプロセスの一例を示すフローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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