(57)【要約】【解決手段】無線通信ネットワークであって、そのアンテナ列（２６）は遠隔ユーザーとの間で信号を送受信するもので、広く変化する交信レベルに適合することができる。異なるアンテナ要素（２４）が高ユーザー期間にはオンとされユーザーが少ないときにはオフとされる。ビーム幅も変更でき、交信レベルが低いときには広ビームを有した少数のアンテナを使い、交信が高いときには狭ビームを有した多数のアンテナを使う。一般的に最大容量では１８０個のアンテナ要素を使い、ビーム幅を約２度として全３６０度をカバーする。このネットワークは回路スイッチネットワークまたはパケットスイッチネットワークとして機能できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央設備と複数の放射状に実質的に等間隔で配列されたアンテナ要素を有しており、アクティブ遠隔ユーザーの数に反比例してビーム幅を増減する手段と、アクティブ遠隔ユーザーの数に比例してアンテナ要素のいくつかをスイッチオン・オフする手段とを有しており、アンテナ要素はアクティブ遠隔ユーザーに対して信号を送受信しかつ全部で少なくとも約３６０度のビームを有していることを特徴とする無線通信ネットワーク。
【請求項２】
マルチプレクサーを具えた回路スイッチネットワークを有しており、該マルチプレクサーが中央設備とアンテナ要素間で多重回路スイッチデジタルデータ列を結合しかつ発送することを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項３】
回路スイッチネットワークが公共スイッチ電話ネットワークに接続するスイッチと、スイッチに接続されたマルチプレクサーと、分配ネットワークを具えたビームセレクターと、アンテナ要素接続のためのビーム形成器とを有していることを特徴とする請求項２に記載のネットワーク。
【請求項４】
ルーターを具えたパケットスイッチネットワークを有しており、該ルーターが中央設備とアンテナ要素間で多重回路スイッチデジタルデータ列を結合発送することを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項５】
パケットスイッチネットワークがさらに公共スイッチ電話ネットワークへの接続のためのゲートウェイと、ルーターと、アンテナ要素への接続のための分配ネットワークビームセレクターとを有していることを特徴とする請求項３に記載のネットワーク。
【請求項６】
各アンテナ要素について増幅器モジュールとトランシーバーモデムモジュールと、バトラーマトリックスとを有しており、バトラーマトリックスが所定のビーム幅のビームをマイクロプロセッサー利用制御器の制御下に放射させることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項７】
さらに受信器ビーム波形器／ナル方向変更器を有しており、該方向変更器が各チャンネルについて受信ビーム波形を最適化して受信信号対ノイズ比を最大にすることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項８】
ビーム幅増減手段がビーム角度幅を約２〜１２０度変更する容量を有していることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項９】
ユーザーからの信号を送受信するアンテナ要素列と、アンテナ要素列による放射のためにアンテナ要素からの低出力入力信号を受信して高出力信号に変換しかつ低出力信号を高出力に変換する複数の増幅器モジュールと、放射される各セクターについて最適ビーム幅とする切換え可能なバトラーマトリックスと、受信ビーム波形を最適化して受信信号対ノイズ比を最大にする受信ビーム波形器／ナル方向変更ユニットと、切換え可能なバトラーマトリックスおよびアンテナ要素列を介してのアンテナ要素による送信のために入力直列デジタルデータ列を変調無線周波数列に変換する複数のトランシーバーモデムモジュールと、直列データ列をトランシーバーモデムモジュールに発送する分配ネットワークと、中央局と分配ネットワークとの間で多重直列データ列を結合発送する手段とを有してなる無線通信ネットワーク。
【請求項１０】
多重回路スイッチ直列デジタルデータ列を中央局との間で結合発送するマルチプレクサーと、直列デジタルデータ列をマルチプレクサーと所定のアンテナビームとの間で発送してビーム幅を最適化しかつ選択する分配ネットワークと、アンテナビームによる送信のために分配ネットワークからの入力直列デジタル列を変調無線周波数列に変換しかつ分配ネットワークを介しての中央局への送信のためにアンテナからの変調無線周波数信号を直列デジタルデータ列に変換する複数のトランシーバーモデムモジュールと、トランシーバーモジュールからの変調無線周波数列を受信してアンテナに最適ビーム幅で指向させかつアンテナからの変調無線周波数列を受信してトランシーバーモジュールに指向させる切換え可能なバトラーマトリックスと、切換え可能なバトラーマトリックスに対して往来する変調無線周波数列を増幅する複数の増幅器モジュールと、それぞれ増幅器モジュールからの受信信号を送信しかつ受信信号を増幅器モジュールに指向させるアンテナ要素列とを有してなる無線通信ネットワーク。
【請求項１１】
さらにトランシーバーモデムモジュールと切換え可能なバトラーマトリックス間にビーム波形器／ナル方向変更器が接続されていて、各アンテナモジュールからの各信号の受信ビーム形状を最適化して、受信信号対ノイズ比を最大にすることを特徴とする請求項４に記載のネットワーク。
【請求項１２】
中央設備と遠隔ユーザーとの間での通信を提供する方法であって、遠隔ユーザーとの間で信号を送受信するために複数の放射状に実質的に等間隔で配列されてかつ少なくとも約３６０度をカバーするビーム幅を具えたアンテナ要素を提供し、遠隔ユーザーの数が減少した場合にはいくつかのアンテナ要素をオフとしてかつ残余のアンテナ要素のビーム幅を拡張して上記したカバー範囲を維持し、遠隔ユーザーの数が増加した場合にはより多くのアンテナ要素をオンとしてかつビーム幅を低減して上記したカバー範囲を維持することを有してなる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は固定または遠隔端末での音声および広域帯データ通信のための無線通信ネットワークに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
移動電話サービスを提供するセルラー通信システムは世界中で広く使われるようになってきた。セルラーシステムは地理的な区域を小さな近接した区域に分割する。そのセル内のユーザーとの通信のために、各セルには基局が配置されている。
【０００３】
セルは比較的小さいので、広域をカバーするには非常に多数のセルを与える必要がある。各セル基局には広範囲に亙る設備を配置する必要があり、可動スイッチセンター、基局制御器および基局トランシーバーなどがそれに含まれる。したがって基局サイトの数を低減するために拡張セルサイズが必要とされる。
【０００４】
現行の通信システムは一般に低出力指向性アンテナを採用しており、これは１個のアンテナを用いて全方向性であるかまたは数個のアンテナを用いて２個の１８０度または３個の１２０度の比較的短いレンジ（３〜７ｋｍ半径）セクターをカバーしている。各セクターは不変固定放射パターンを有している。
【０００５】
音声またはデータ通信中に、あるセルから他のセルに移動するユーザーはしばしば信号レベルおよび品質の変化を体験する。隣接するセル間の影響もまた信号品質を低下させることがある。極端に多数のユーザーがそのセル内で同時にアクティブである場合には、セル基局はうまく機能しなくなる。交信レベルは通常は低いものだが、非常に高い交信レベルを取り扱うに充分な設備を各セルに追加することは非常に高価につく。セル間のシステム作業移管の改善および各セルにおける費用を最大にすることなしに高ボリュームを取り扱う能力が必要とされている。
【０００６】
アメリカ特許第５５９６３２９号（Ｓｅａｒｌｅ他）などセルシステム効率改善の試みはいくつか行われてきた。つまり多数の狭いビームを形成するアンテナを用いるのであって、各ビームは全方向アンテナ要素に代えて基局周りの１個のセクターをカバーしている。この構成はいくつかの利点はあるものの、高低使用期間間の交信中の大きな差異を効率よく取り扱う点では問題を有している。
【０００７】
したがって、セルラー通信システムの改善する必要が続いており、特定の地理的区域をカバーするに必要な基局の数を大きく低減する必要があり、関連するインフラやサービスや運営コストを低減する必要があり、ピークの混雑する期間にサービスするネットワーク設備の再配置を可能とする必要があり、交信が増加してもシステムの拡張を簡単安価に行うことを可能とする必要があり、隣接セルの干渉を最少にする必要があり、セル間の作業移管を最適化する必要がある。
【０００８】
【発明の要旨】
上記した問題はこの発明の無線通信ネットワークにより解決されるもので、該ネットワークは基本的には、アンテナ要素列を構成する複数の送受信アンテナ要素と、アンテナ要素列に対応する増幅器モジュールと、多重回路スイッチまたはパケット化された直列デジタルデータ列を中央局との間で結合発送する回路スイッチネットワーク（ＣＳＮ）中のマルチプレクサーまたはパケットスイッチネットワーク（ＰＳＮ）中のルーターと、遠隔ユーザーへの送信のために入力直列デジタルデータ列を変調無線周波数列に変換するトランシーバーモデムモジュールとを有している。ある実施例ではモデムモジュールはデジタルと中間周波数間で変換し、第２の変換モジュールは中間周波数と無線周波数との間で変換する。
【０００９】
殆どの実施例において切換え可能なバトラーマトリックスが含まれているのが望ましい。このバトラーマトリックスはマイクロプロセッサー利用制御器に応じて所望のビーム幅のビームを放射させるものである。受信器ビーム波形器／ナル方向変更器も含まれるのが望ましく、これは各チャンネルについて受信ビーム形状を最適化して、受信信号対ノイズ比を最適化するものである。
【００１０】
この発明の通信システムは可変オンデマンドアンテナ要素放射（ビーム）パターンを有した単一のサイトを使っている。約２〜１２０度の角度幅で変化する多重個別ビームを与えることにより放射パターンは可変である。各セクターは、国際通信協会標準（例えばＡＭＰＳ、ＧＳＭ，ＣＤＭＡ、ＵＭＴＳなど）に依存して、セクター当り多数の同時ユーザーで多数の遠隔ユーザーとの通信を支持することができる。
【００１１】
与えられた角度セクター内のユーザーの数が増加すると、この発明のシステムにおいては新たなビームを追加することによりビームサイズを減少することができ、かくしてビーム当りのユーザー数が保持される。同様にセクター内のユーザー数が減少したら、そのセクターのユーザーは隣接セクターに折り込まれ、かくしてアクティブセクターの数が低減される。
【００１２】
かくしてネットワーク設備は保存されかつ自然に起きる交信パターン中の日毎の変化を取り扱うべく最適化される。従来のシステムはネットワーク設備を分担する能力なしに各サイトにおけるピーク時間交信を取り扱うために多くのサイトに充分な設備を展開する必要があった。
【００１３】
最適の挙動のための最少ビーム幅は約２度である。均一に付重された孔についての２度のビーム幅は９００ＭＨＺにおいてはほぼ９．５メートルまた２．４Ｇｈｚにおいては３．６メートルを必要とする。ビーム当たりの同時ユーザーの数を最大にするにはサイドローブ制御が必要なので、標準孔より２５−３０％大きな孔が望ましい。
【００１４】
各ビームはそれ専用に奉仕するシステム設備を必要とし、例えばトランシーバー、モデム、アンテナ要素供給ネットワークなどがそれである。加えていくつかのシステム設備（アンテナ要素、スイッチネットワークおよび制御器など）をビーム間で分担できる。セクターをカバーするビームを形成するアンテナ要素の各集合は、外部ネットワークから送信される情報とともに、スイッチパスやモデムや送信器や受信器を含む一連の設備により駆動される。この新規なシステムにより、必要とされるシステム設備が顕著に低減されて、各基局送信設備のコストが低減される結果となる。
【００１５】
このシステムのより狭い帯域およびそれにより結果されるより高いアンテナ要素ゲインとともに、このシステムは３０ｋｍを越える距離に亘って信頼できる通信を提供することができる。レンジ容量の増加の故に、必要とする基局の数が顕著に低減される。この新規なシステムはデータ通信支持に現在使用されているパケットスイッチネットワークおよびより伝統的なアナログ音声のみ無線電話ネットワークを支持するのに使われる回路スイッチネットワークを支持するものである。
【００１６】
柔軟性コール管理器が地上利用通信システムと無線周波数送信システムとの間のインターフェイスを提供する。柔軟性コール管理器は、パケットスイッチ実施例ではルーターおよびデジタルビーム形成器要素を有しており、回路スイッチ実施例ではマルチプレクサーとデジタル分配ネットワークにより形成される。アンテナ要素を出入りするデータはルーター（パケットスイッチ回路用）またはマルチプレクサー（回路スイッチネットワーク用）を介して到着する。
【００１７】
一般にパケットスイッチネットワークルーター交信はＨ−３２３ゲートウェイを介して公共スイッチ電話ネットワークに接続するかパケットスイッチネットワーク（例えばインターネット）に直接に接続する。ところが回路スイッチネットワークマルチプレクサーはクラス５スイッチを介して公共スイッチ電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）に接続する。
【００１８】
柔軟性コール管理器（例えばルーターおよびデジタルビーム形成要素）により個々のビームは特定の入力ＰＳＴＮソースに接続できる。送信されているデータはインターネットプロトコルフォーマットにあるので、事実各遠隔端末はインターネットプロトコルアドレスを持っている。各データ列（例えばＰＳＴＮ電話コール）は遠隔ユーザーインターネットプロトコルアドレスにより遠隔ユーザーに適合している。柔軟性コール管理器はこのリンクを提供してかつユーザー確認およびネットワーク請求システムへのインターフェイスを提供できる。
【００１９】
【実施例の詳細な説明】
図１に示すのは回路スイッチネットワークの第１の実施例のブロック線図である。該システムは従来のクラス５スイッチ（一般的にはＬｕｃｅｎｔ社からの５ＥＳＳスイッチ）を介して公共スイッチ電話ネットワークに接続されている。
【００２０】
従来型マルチプレクサー１２（一般的には５ＥＳＳスイッチ用Ｌｕｃｅｎｔ社のデジタルネットワークユニット“ＤＮＵ”）はデジタル結合器として機能し多重回路スイッチ直列デジタルデータ列を結合して中央局から分配ネットワークに発送して適宜なセクターアンテナ要素に送る。
【００２１】
分配ネットワークとシステム制御器１４（一般的にはＣｉｓｃｏ社のモデル１２０００ルーター）とはビームセレクターとして機能する。分配ネットワーク１４の目的は、スイッチファブリックカード（ＳＦＣ）およびモデル１２０００ルーターのクロックスケジュラーカード（ＣＳＣ）を介して直列デジタルデータ列を適宜なセクター（アンテナ要素ビーム）に発送する、ことにある。
【００２２】
分配ネットワーク１４はまた無線ネットワーク層のために適宜なデマンドアサイン多重アクセス（ＤＡＭＡ）アドレスを添付して、トランシーバーモデム送信に供する。分配ネットワーク１４はさらにシステム制御器として働いて、従来利用プログラム含有マイクロプロセッサー（一般的にはＳｕｎ　Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社のＥｎｔｅｒｐｒｉｓｅ３５００）を介して現行の交信負荷パターンおよび使用できるサイト設備に応じて適宜な帯域を最適化して選択する。ビーム＃Ａから＃Ｎまでのビームの数は下記するようにアンテナ要素の数に合致している。
【００２３】
複数のトランシーバーモデムモジュール１６の選択は、一般的にはＧＳＭ空気標準のための使用された空気標準（例えばＡＭＰＳ、ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、ＵＭＴＳなどであり、それぞれｉｎｔｅｒＷＡＶＥ社のＷＡＶＥＸｐｒｅｓｓＢＴＳ）、遠隔ユーザーへの送信のために入力直列デジタルデータ列を変調無線周波数（ＲＦ）列に変換する機能に応じて左右される。反対にそれらのモジュール１６は遠隔ユーザーからの変調ＲＦ信号を直列デジタルデータ列に逆変換もする。このトランシーバーモデム機能はセクター当り各ＲＦチャンネルについて個別に行われる。トランジーバーモデムモジュール１６は振幅と相コマンドを受信ビーム波形器／ナル方向変更器１８から下記のように受信して、指令された受信ビーム形および／またはナル方向変更を遂行する。
【００２４】
受信ビーム波形器／ナル方向変更器１８（一般的にはＳｕｎ　Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社のＨＰＣ３５００のような従来型プログラム含有マイクロプロセッサー）は各チャンネルのための各最少幅ビームからのデジタル化帯域制限検知エンベロープを使用して、各チャンネルのために受信ビーム形を最適化して、受信信号対ノイズ比を最大にする。
【００２５】
ビーム成形を行って、セクターの縁部近傍に位置する遠隔ユーザーやあるセクターから次のセクターへと移動している遠隔ユーザーを扱うようにしている。加えて受信ビーム波形器／ナル方向変更器１８はアンテナ要素パターンナルを多経路干渉ソースまたは他の共セクターまたは隣接セクター干渉ソースに配置する。受信ビーム波形器／ナル方向変更器１８は振幅および相コマンドを提供して、所望のビーム成形を行う。
【００２６】
検知器１９（復調器としても知られている）は帯域限定検知エンベロープを形成する。検知器１９は一般的にはＣａｌｉｆｏｒｎｉａ　Ｅａｓｔｅｒｎ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社のモデルＵＰＣ２７６６ＩＱ復調器である。
【００２７】
ＲＡＮＤＴＲＯＮ　Ａｎｔｅｎｎａ　Ｓｙｓｔｅｍｓ社から得られるような切換え可能なバトラーマトリックス２０（Ｊ．Ｒｕｔｌｅｒ及びＲ．Ｌｏｗｅによる「ビーム形成マトリックスが電子的にスキャンされたアンテナのデザインを単純化する」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ、Ｖｏｌ．９、Ｎｏ．７、ｐｐ．１７０−１７３およびＹ．Ｔ．ＬｏとＳ．Ｗ．Ｌｅｅによる「アンテナハンドブック」Ｔｈｅｏｒｙ．　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ、ｐｐ．１８−２３、１８２４、１９−８〜１９−１２および１９−８０に開示あり）は受信ビーム波形器／ナル方向変更器１８およびトランシーバーモデムモジュール１６と接続して、システム制御器により最適であると決定されたように、与えられたセクターに所望のビーム幅を放射する。
【００２８】
一般的に所望のビーム幅はｗ０であり最大ビーム幅は２ｋｗ０（ｋはゼロより大なる整数である）であり、システムビーム幅はｗ，２ｗ，４ｗ〜２ｋｗ０となる。与えられたセクターについて制御器により選択されたビーム幅に応じて、固体ＲＦスイッチが適当なマトリックス要素中のマトリックススイッチに埋設されていて、所望のセクター入力ポートを対応するアンテナ要素に所定の振幅と相で接続して、選択されたビーム幅と対応するサイドローブレベルを達成する。
【００２９】
複数の増幅器モジュールが用いられており、各モジュールは低ノイズ増幅器２２と高出力増幅器２３とを有しており、一般的には余剰ライン交換可能要素として形成されたハイブリッドユニットであり、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ　Ｅａｓｔｅｒｎ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ社のモデルＮＥ６８７Ｍ０３ＬＮＡやＡｍｐｌｉｆｉｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ社のモデル１０ＷＤ１０００ＨＰＡなどがある。アンテナ要素列２６中の各アンテナ要素２４に１対。増幅器モジュール２４は遠隔ユーザーからの受信低出力を高出力に変換して、システムの残余部分の使用に供する。これらの増幅器モジュール２４はまた低出力ＲＦ信号を高出力に変換して、アンテナ要素列１８による放射に供する。
【００３０】
アンテナ要素列２８は複数のアンテナ要素２４（一般的には、Ｍａｘｒａｄ社のモデルＭＰ８０６８ＰＴ）から構成されている。好ましき実施例にあっては、アンテナ要素は縦１０個で横４個の平らなパネル４個に配列されている。要素中心間の縦横間隔は適宜なものでよいが、縦方向には０．７５波長間隔で横方向には０．５波長間隔とするのが最善である。例えば２０の最少ビーム幅が望まれる場合には、ｍ＝２８８（４面、５０．４０、２０ビーム幅、０．７０７／０．５間隔）とする。
【００３１】
いかなるアンテナ要素でも使用できるが、最善のアンテナ要素はストリプ線路供給の地面上クロス分極広帯域双極子である。
【００３２】
図１に示すシステムの機能はネットワーク中央送信サイトと遠隔ユーザーとの間の無線リンクまたは接続を形成することにある。従うべき特定のプロトコールは使用された空気標準（例えばＡＭＰＳ、ＧＳＭ、ＣＤＭＡ、ＵＭＴＳ）による。一般的には初期化されたときに各ステーションがハンドシェーク信号を送り、これが送信サイトにより受信され、サイトは応答を送信する。遠隔サイトがデータ移送を開始する（例えば電話呼出し）必要があるかまたは遠隔サイトに送信する（例えば入力呼出し）必要のあるデータがあるまで、これが継続する。２個の遠隔ユーザー間の通信は２個の対称的な遠隔対中央サイトの接続（接続が結び付けられる）と考えてよい。
【００３３】
遠隔ユーザーは例えば移動電話またはＦＡＸ上の送信キーを押下するかまたはコンピューターモデムを起動するなどして接続を開始する。信号は低ノイズ増幅器２２を通って切換え可能なバトラーマトリックス２０に入り、トランシーバーモデムモジュール１６に流れる。入力信号の小片が各受信器から捕捉されてビーム波形器１８に流れる。ビーム波形器は、各受信器から受信された信号に基づいて、形成放射パターンを生成するに必要なアンテナ要素の数を選択する。これは受信強度を最少にしかつ信頼できる通信を提供するのに必要なアンテナ要素と対応するサポート設備の数を最少にするパターンである。受信信号はまた分配ネットワーク１４に流れ、そこでさらなる公共スイッチ電話ネットワークその他への接続のために適正なチャンネルが選択される。
【００３４】
アンテナ放射パターンを生成するのに使われるアンテナ要素の数は一般にビームの数と同じではない。放射要素の数は一般に可能性のあるビームの数より大きい。
【００３５】
通信交信要求に基づいて、パターンを放射するアンテナのセクターサイズは変化することがある。一日の内で低使用期間中は、適正なユーザーカバーを提供するのに必要なセクターは少ない（一般に各９０度に４個）。高使用期間中は各２度のセクターが１８０個まで必要となろう。セクターは同じサイズである必要があり、したがって例えばそれぞれ３０度のセクター３個、６０度のセクター４個、１０度のセクター３個となる
【００３６】
しかし各セクターはそのトランシーバー１６がリンクに組み込まれる必要があり、セクターの実際の数はアンテナサイトに装備されるトランシーバーの数に限られる。セクターの数と各セクターのサイズとは分配ネットワーク／ビームセレクター１４中のマイクロプロセッサーにより決定される。
【００３７】
図２に回路スイッチネットワークの第２の実施例を示す。この実施例ではマルチプレクサー１２、受信ビーム波形器／ナル方向変更器１８、増幅器モジュール２２、アンテナ要素２６およびアンテナ列２８は図１の場合と同じである。
【００３８】
デジタル分配ネットワーク／ビーム形成器２８（Ｓｕｎ　Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社のＨＰＣ３５００でＣｉｓｃｏ社のモデル１２０００に付設されており、一般的には従来的にプログラムされた内蔵マイクロプロセッサー）が振幅と相情報を各ベクトル変調器に提供し、該変調器はデジタル中間周波数（ＩＦ）モデム列３０（一般的にはＩｎｆｉｎｅｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のモデルＴＤＡ５１００送信器とＴＤＡ５２００受信器）に組み込まれている。ベクトル変調器は各アンテナ要素２６に個別に接続されて、各セクターのために個別のビームを形成する。
【００３９】
加えて、デジタル分配ネットワーク／ビーム形成器２８は直列デジタルデータ列のそれぞれを適当なビームに発送して、物理的な層を介して所望の遠隔ユーザーに接続する。物理的層とは一般に標準オープンシステム公共電話網接続基本基準通信モデルのための国際組織の層１である。これは実際の電磁放射搬送を実際に表わす層である。また分配ネットワークは従来の方法でプログラムされたマイクロプロセッサーを有している。該プロセッサーはシステム制御器として機能して、現行の交信負荷パターンと入手可能なサイト設備に応じて適正なビーム幅を最適化して選択するものである。
【００４０】
デジタルＩＦモデム列３０（一般的にはＩｎｆｉｎｅｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＴＤＡ５１００送信器とＴＤＡ５２００受信器）はＩＦ変換器３２を介して入力直列デジタルデータ列を変調ＲＦ信号に変換する。デジタルＩＦモデム列３０は振幅と相コマンドをビーム形成器２８と受信ビーム波形器／ナル方向変更器１８から受信して、適正な受信ビーム形状および／またはナル方向変更を行う。
【００４１】
ＲＦ／ＩＦ変換器３２は変調ＩＦ信号をデジタルＩＦモデム列３０に上下所望のＲＦ周波数に変換して、上記した方法でのアンテナ列２８による送信に供する。またＲＦ／ＩＦ変換器３２はアンテナ列２８からの入力ＲＦ信号をＩＦに変換して、それらの信号をＩＦモデム３２に指向させる。
【００４２】
切換え可能なバトラーマトリックス３４はシステム制御器（分配ネットワークとビーム形成器２８の一部である）により定められたように各セクターについて所定ビーム幅の種々のビームを受信する。バトラーマトリックス３４は上記したバトラーマトリックス２０と同じように作用する。
【００４３】
上記したように図２に示す実施例の機能は基本的には図１の実施例のそれと同じである。遠隔ユーザーは移動電話またはＦＡＸ上の送信キーを押下するかまたはコンピューターモデムを励動するなどして接続を開始する。遠隔送信器からの信号は基局アンテナ２６により受信される。この信号は低ノイズ増幅器２２を経てＲＦ／ＩＦ変換器に入る。入力信号の一部は各低ノイズ増幅器２２から捕捉されて、バトラーマトリックス３４を経てビーム波形器１８に流れる。
【００４４】
デジタル／ＩＦモデム列３２のモジュールを適正に選択することにより、ビーム波形器１８は成形放射パターンを生成するのに必要なアンテナ要素２６の数を選択する。この放射パターンは信頼できる通信を提供するに必要な受信信号強度を最大にしかつアンテナ要素２６（および対応するサポート設備）の数を最少にするものである。受信信号はまたデジタル分配ネットワーク／ビーム形成器２８に流れ、そこでマルチプレクサー１２および爾後のスイッチ１０を介しての公共スイッチ電話ネットワークへの接続のために適正なチャンネルが選択される。
【００４５】
バトラーマトリックス３４はＮ個のビームを生成しかつ制御する。これらのビームを生成するためにｍ個のアンテナ要素（対応するＬＮＡ／ＨＰＡモジュールおよびＲＦ／ＩＦモジュールとともに）が使われる。ビームの数Ｎはアンテナ要素の数ｍより小さい。
【００４６】
通信交信要求に基づいて、アンテナ放射パターンのセクターサイズは変化する。上記したように低使用期間には少ない数のセクターがアクティブになり、高使用期間には各２度のセクターが１８０個も必要になる。
【００４７】
図３に示すのはシステムの第３の実施例である。この設計はもっとも複雑で、最も集積されており、最も高挙動である。バトラーマトリックス、受信ビーム成形／ナル方向変更器およびデジタル分配ネットワークビーム形成器の機能は全て単一の処理モジュール、従来型プログラム含有マイクロプロセッサー（上記したＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社のＨＰＣ３５００など）に集積されているが、ソフトウェアは多重プラットフォームの代わりに１個のプラットフォームに格納されている。
【００４８】
図３の実施例にあっては、クラス５スイッチ１０、マルチプレクサー１２、デジタルＩＦモデム列３０（アップ／ダウン変換器モジュール）、増幅器モジュール２２と２３（ＬＮＡ／ＨＰＡ）、アンテナ要素列２８およびアンテナ要素２６は図２のそれと同じである。システムの基本的機能は図１の場合と同じである。
【００４９】
遠隔ユーザーは移動電話またはＦＡＸ上の送信キー接続を押下するかコンピューターモデムをアクティブにするなどして開始する。遠隔送信器からの信号は基局アンテナ２６により受信され、低ノイズ増幅器２２を経てＲＦ−ＩＦ変換器３０に至り、さらにデジタルＩＦモデムモジュール３０に至る。
【００５０】
デジタルＩＦモデムとデジタル分配ネットワークビーム形成器とナル方向変更器ユニット３８との間のリンクは、信号強度についての情報がユニット３８中のビーム形成器に送られてビーム（アンテナ増幅器と要素）を生成するのに使われて最適信号対干渉比（つまり最も効率的な放射パターン）を得るように、なっている。
【００５１】
ユニット３８中のビーム形成器は各受信器から受けた信号に基づいて成形放射パターンを生成するのに必要なアンテナ１６、要素２６（対応するＬＮＡ２２およびＨＰＡ２３とともに）の数を選択する。該パターンは受信器強度を最大にしかつ信頼できる通信を提供するのに必要な要素（および対応するサポート設備）の数を最少にするものである。
【００５２】
受信信号はまたユニット３８のデジタル分配ネットワーク部分に流れ、そこでマルチプレクサーおよび爾後の公共スイッチ電話ネットワークへの接続のための適正なチャンネルが選択される。通信交信要求に応じてアンテナ放射パターンのセクターサイズが上記したように変化する。
【００５３】
図４には図１−３のシステム、すなわち回路スイッチネットワークがパケットスイッチネットワークを行うように容易に変更できることを示す。マルチプレクサー１２に代えてルーター４０が用いられ、図１−３の実施例中のクラス５スイッチがＨ．３２３ゲートウェイ４２に代わられている。ルーター４０としては例えばＣｉｓｃｏ社のモデル３５００指定がある。ルーター４０の機能はＩＴＵＨ．３２３ゲートウェイ４２に対して多重回路スイッチ直列デジタルデータ列を結合発送するものであり、適当なセクター（アンテナビーム）のために回路スイッチ公共スイッチ電話ネットワークと接続する。ルーター４０はパケットアドレスを使ってデータ列を適当なセクターに発送する。
【００５４】
この発明は以上の記載に限定されるものではなく、当業者推考可能な範囲で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
回路スイッチネットワークの第１の実施例のブロック線図である。
【図２】
回路スイッチネットワークの第２の実施例のブロック線図である。
【図３】
回路スイッチネットワークの第３の実施例のブロック線図である。
【図４】
パケットスイッチネットワーク中でのシステムの仕様のための交換部品を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１２：　マルチプレクサー
１４：　システム制御器
１６：　トランシーバーモデムモジュール
１８：　ビーム波形器
２０、３４：　バトラーマトリックス
２２、２３：　増幅器
２６：　アンテナ列
３０：　モデム列
３８：　ナル方向変更ユニット
４０：　ルーター
【図１】
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【図２】
2004512711.tif 000004
【図３】
2004512711.tif 000005
【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004512711.tif 000009
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月20日(2002.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔ユーザーとの間で信号を送受信すべく複数の放射状に実質的に等間隔で配置されたアンテナ要素を含んだ中央設備を有しており、各アンテナ要素は多数の遠隔ユーザーと同時ツーウェイ通信が可能であってかつあるビーム幅の少なくとも１個の通信ビームを形成するべく結合された個々のビームを有しており、ビーム幅増加手段が用いられていて、通信ビームの幅を増加すべくビーム幅を構成するアンテナ要素のいくつかを非アクティブ化し、かつビーム幅低減手段が用いられていて、ビームの幅を低減すべくビーム幅を構成するアンテナ要素を追加し、かつビーム幅上で通信するアクテイブ遠隔ユーザーの数に反比例してビーム幅がそのサイズを増減することを特徴とする無線通信ネットワーク。
【請求項２】
マルチプレクサーを具えた回路スイッチネットワークを有しており、該マルチプレクサーが中央設備とアンテナ要素間で多重回路スイッチデジタルデータ列を結合しかつ発送することを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項３】
回路スイッチネットワークが公共スイッチ電話ネットワークに接続するスイッチと、スイッチに接続されたマルチプレクサーと、分配ネットワークを具えたビームセレクターと、アンテナ要素接続のためのビーム形成器とを有していることを特徴とする請求項２に記載のネットワーク。
【請求項４】
ルーターを具えたパケットスイッチネットワークを有しており、該ルーターが中央設備とアンテナ要素間で多重回路スイッチデジタルデータ列を結合発送することを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項５】
公共スイッチネットワークがさらに、公共スイッチ電話ネットワークへの接続のためのゲートウェイと、ルーターと、アンテナ要素への接続のための分配ネットワークビームセレクターを有していることを特徴とする請求項３に記載のネットワーク。
【請求項６】
各アンテナ要素について増幅器モジュールとトランシーバーモデムモジュールと、バトラーマトリックスとを有しており、バトラーマトリックスが所定のビーム幅のビームをマイクロプロセッサー利用制御器の制御下に放射させることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項７】
さらに受信器ビーム波形器／ナル方向変更器を有しており、該方向変更器が各チャンネルについて受信ビーム波形を最適化して受信信号対ノイズ比を最大にすることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項８】
ビーム幅増減手段がビーム角度幅を約２〜１２０度変更する容量を有していることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク。
【請求項９】
ユーザーからの信号を送受信するアンテナ要素列と、アンテナ要素列による放射のためにアンテナ要素からの低出力入力信号を受信して高出力信号に変換しかつ低出力信号を高出力に変換する複数の増幅器モジュールと、放射される各セクターについて最適ビーム幅とする切換え可能なバトラーマトリックスと、受信ビーム波形を最適化して受信信号対ノイズ比を最大にする受信ビーム波形器／ナル方向変更ユニットと、切換え可能なバトラーマトリックスおよびアンテナ要素列を介してのアンテナ要素による送信のために入力直列デジタルデータ列を変調無線周波数列に変換する複数のトランシーバーモデムモジュールと、直列データ列をトランシーバーモデムモジュールに発送する分配ネットワークと、中央局と分配ネットワークとの間で多重直列データ列を結合発送する手段とを有してなる無線通信ネットワーク。
【請求項１０】
多重回路スイッチ直列デジタルデータ列を中央局との間で結合発送するマルチプレクサーと、直列デジタルデータ列をマルチプレクサーと所定のアンテナビームとの間で発送してビーム幅を最適化しかつ選択する分配ネットワークと、アンテナビームによる送信のために分配ネットワークからの入力直列デジタル列を変調無線周波数列に変換しかつ分配ネットワークを介しての中央局への送信のためにアンテナからの変調無線周波数信号を直列デジタルデータ列に変換する複数のトランシーバーモデムモジュールと、トランシーバーモジュールからの変調無線周波数列を受信してアンテナに最適ビーム幅で指向させかつアンテナからの変調無線周波数列を受信してトランシーバーモジュールに指向させる切換え可能なバトラーマトリックスと、切換え可能なバトラーマトリックスに対して往来する変調無線周波数列を増幅する複数の増幅器モジュールと、それぞれ増幅器モジュールからの受信信号を送信しかつ受信信号を増幅器モジュールに指向させるアンテナ要素列とを有してなる無線通信ネットワーク。
【請求項１１】
さらにトランシーバーモデムモジュールと切換え可能なバトラーマトリックス間にビーム波形器／ナル方向変更器が接続されていて、各アンテナモジュールからの各信号の受信ビーム形状を最適化して、受信信号対ノイズ比を最大にすることを特徴とする請求項４に記載のネットワーク。
【請求項１２】
中央設備と遠隔ユーザーとの間での通信を提供する方法であって、遠隔ユーザーとの間で信号を送受信するために複数の放射状に実質的に等間隔で配列されてかつ少なくとも約３６０度をカバーするビーム幅を具えたアンテナ要素を提供し、遠隔ユーザーの数が減少した場合にはいくつかのアンテナ要素をオフとしてかつ残余のアンテナ要素のビーム幅を拡張して上記したカバー範囲を維持し、遠隔ユーザーの数が増加した場合にはより多くのアンテナ要素をオンとしてかつビーム幅を低減して上記したカバー範囲を維持することを有してなる方法。
【国際調査報告】
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