(57)【要約】本発明は、無線通信ネットワークのための基地局に関する。到来方向の推定の分解能を拡張するために、基地局は、固定受信角に対しビーム（Ｂ１〜Ｂ４）を形成する第１の位相調整ネットワークと、近隣の少なくとも２つのビーム（Ｂ２、Ｂ３）の信号を相互位相調整し加算することでこれら少なくとも２つのビーム（Ｂ２、Ｂ３）の間にある受信角に対してビーム（Ｂ２＿３）を形成し、予め決められたファクタで得られた各ビーム（Ｂ２＿３）をスケーリングする第２の位相調整ネットワークと、第１および第２の位相調整ネットワーク（３１、３３）によって提供されたビーム（Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ２＿３）からアップリンクの到来方向を推定する手段とを備える。本発明は、対応する方法、ならびに、このような第１および第２の位相調整ネットワークを備える基地局モジュールにも同じく関係するものである。
2004516765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信ネットワークのための基地局であって、
受信アンテナアレイによって提供された信号から固定受信角のためのビーム（Ｂ１〜Ｂ４）を形成し、前記ビーム（Ｂ１〜Ｂ４）を構成する信号を出力する第１の位相調整ネットワーク（３１）と、
少なくとも２つの隣接するビーム（Ｂ２、Ｂ３）に対して形成し、前記少なくとも２つの隣接するビーム（Ｂ２、Ｂ３）の間に受信角を有するビーム（Ｂ２＿３）を形成することで、前記第１の位相調整ネットワークによって提供された信号を相互位相調整および加算し、この結果得られるビーム（Ｂ２＿３）の振幅および／または電力を所定のファクタでスケーリングする第２の位相調整ネットワーク（３３）と、
前記第１および第２の位相調整ネットワーク（３１、３３）によって提供されるビーム（Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ２＿３）からアップリンクにおける到来方向を推定する手段と、を備える無線通信ネットワークのための基地局。
【請求項２】
端末からの信号を受信し、受信した前記信号を前記基地局の前記第１の位相調整ネットワーク（３１）へ提供する受信アンテナアレイと、推定された前記到来方向にビームを送信する送信アンテナアレイと、をさらに備える請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記第１の位相調整ネットワーク（３１）は、直交固定受信ビームを形成するように設計される請求項１または２に記載の基地局。
【請求項４】
前記第１の位相調整ネットワーク（３１）は、非直交固定受信ビームを形成するように設計される請求項１または２に記載の基地局。
【請求項５】
前記第１の位相調整ネットワーク（３１）は、４個の受信アンテナから受信された信号から４個のビーム（Ｂ１〜Ｂ４）を形成するように設計される請求項１〜４のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項６】
前記第１の位相調整ネットワーク（３１）は、８個の受信アンテナから受信された信号から８個のビーム（Ｂ１〜Ｂ８）を形成するように設計される請求項１〜４のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項７】
前記第２の位相調整ネットワーク（３３）は、形成された全てのビーム（Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ２＿３）のゲインが等しくなるように、前記第１の位相調整ネットワーク（３１）が形成したビーム（Ｂ１〜Ｂ４）の振幅および／または電力に従って、隣接する２つのビーム（Ｂ２、Ｂ３）の間に形成されたビーム（Ｂ２＿３）の振幅および／または電力をスケーリングするように適応される請求項１〜６のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項８】
前記第２のネットワーク（３３）は、同じ信号が各ビーム（Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ２＿３）に到着する場合に、形成された各前記ビーム（Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ２＿３）の信号対雑音比が等しくなるように、前記第１の位相調整ネットワーク（３１）が形成したビーム（Ｂ１〜Ｂ４）の振幅および／または電力に従って、隣接する２つのビーム（Ｂ２、Ｂ３）の間に形成されたビーム（Ｂ２＿３）の振幅および／または電力をスケーリングするように適応される請求項１〜７のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項９】
前記第２のネットワーク（３３）は、同じ信号が各ビーム（Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ２＿３）に到着する場合に、形成された各前記ビーム（Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ２＿３）の信号対干渉および雑音比が等しくなるように、前記第１の位相調整ネットワーク（３１）が形成したビーム（Ｂ１〜Ｂ４）の振幅および／または電力に従って、隣接する２つのビーム（Ｂ２、Ｂ３）の間に形成されたビーム（Ｂ２＿３）の振幅および／または電力をスケーリングするように適応される請求項１〜８のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項１０】
前記第２のネットワークは、前記第１の位相調整ネットワークによって形成された隣接する全てのビーム（Ｂ１〜Ｂ４）の信号を相互位相調整し加算するように適応される請求項１〜９のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項１１】
前記第２のネットワークは、少なくとも１つの予め決められた角度において隣接するビーム間で少なくとも１つのビームを得るために、位相調整および加算される前に、種々の予め決められたファクタの少なくとも１つの組で形成されなければならない合成ビーム（Ｂｉ＿ｉ＋１）が間にあるような隣接する２つのビーム（Ｂｉ、Ｂｉ＋１）に前記第１の位相調整ネットワークによって提供される信号を、乗算するように適応される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項１２】
前記アップリンクにおける到来方向を推定する手段は、前記到来方向を推定するために、前記第１および前記第２の位相調整ネットワークによって提供されるビームの電力を評価するように適応される請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項１３】
前記第１および前記第２の位相調整ネットワークは、アナログ位相ネットワークである請求項１〜１２のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項１４】
前記第１および前記第２の位相調整ネットワーク（３１、３３）は、複素値で重み付けされたベクトルがディジタル領域において各ビーム（Ｂ１〜Ｂ４）を示すディジタル位相ネットワークである請求項１〜１３のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項１５】
各前記ビームを形成するために到来信号に適用すべき前記第１および前記第２の位相調整ネットワーク（３１、３３）の複素加重が記憶される請求項１４に記載の基地局。
【請求項１６】
前記第２の位相調整ネットワーク（３３）は、同じ位相角で２つのベクトルを得るために前記隣接する２つのビームのうちの１つを表すベクトル（ｂ１、ｂ２）のうちの少なくとも１つの位相角を回転させ、前記隣接する２つのビーム（Ｂ２、Ｂ３）の間にあるビーム（Ｂ２＿３）を表す単一のベクトル（ｂ２＿３）を得るために前記ベクトル（ｂ２、ｂ３）を加算することによって、少なくとも２つの隣接するビーム（Ｂ２、Ｂ３）を相互位相調整し加算するように適応される請求項１４または１５に記載の基地局。
【請求項１７】
前記第１および前記第２の位相調整ネットワークによって形成されたビームに基づいて受信信号の角度拡散を推定する手段をさらに備える請求項１〜１６のいずれか一項に記載の基地局。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載された前記第２の位相調整ネットワークに従う位相調整ネットワーク（３３）を備える基地局のための基地局モジュール。
【請求項１９】
無線通信ネットワークの基地局におけるアップリンクの信号の到来方向の推定の角度分解能を拡張する方法であって、
前記基地局の受信アンテナアレイでアップリンク信号を受信することと、
第１の位相調整ネットワーク（３１）において受信信号から固定の到来角のための第１のビーム（Ｂ１〜Ｂ４）を形成し、前記ビーム（Ｂ１〜Ｂ４）を構成する信号を出力することと、
隣接するビーム（Ｂ２、Ｂ３）に属する信号を相互位相調整して加算し、この結果生じた合成ビームの振幅および／または電力を予め決められたファクタでスケーリングすることによって、第２の位相調整ネットワーク（３３）において、前記第１のビーム（Ｂ２、Ｂ３）の少なくとも２つの隣接するビームの間に少なくとも１つの合成ビーム（Ｂ２＿３）を形成することと、
前記第１のビーム（Ｂ１〜Ｂ４）および前記合成ビーム（Ｂ２＿３）に基づいて、受信信号の到来方向を推定することと、を備える方法。
【請求項２０】
ダウンリンク信号を形成して、前記アップリンク信号の推定された到来方向に前記ダウンリンク信号を出力することをさらに備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の位相調整ネットワークが形成したビームの振幅および／または電力に従って、隣接する２つのビーム（Ｂ２、Ｂ３）の間に形成されるビーム（Ｂ２＿３）の振幅および／または電力がスケーリングされる請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
スケーリングのファクタを、各形成されたビーム（Ｂ１−Ｂ４、Ｂ２＿３）に対して等しいゲインを導くような値に設定する請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記スケーリングのファクタは、４個のアンテナを有する受信アンテナアレイおよび直交の第１のビームとした場合において、隣接する２つの第１のビーム（Ｂ２、Ｂ３）の中間に厳密に形成される全ビーム（Ｂ２＿３）に対し、０．６７ｄＢの損失を補償する値に設定される請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記スケーリングのためのファクタは、８個のアンテナを有する受信アンテナアレイおよび直交の第１のビームとした場合において、隣接する２つの第１のビームの中間に厳密に形成される全ビームに対し、０．８６ｄＢの損失を補償する値に設定される請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記スケーリングのファクタは、形成された各ビームについて同じ信号対雑音比（ＳＮＲ）となる値に設定される請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記スケーリングのファクタは、形成された各ビームについて同じ信号対干渉および雑音比（ＳＩＮＲ）となる値に設定される請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の位相調整ネットワークは、前記第１の位相調整ネットワークが形成した隣接する第１のビーム（Ｂ１〜Ｂ４）のそれぞれの間に合成ビーム（Ｂ１＿２、Ｂ２＿３、Ｂ３＿４）を形成する請求項１９〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
予め決められたアジマス角で隣接する２つのビームの間にビームを得るために、相互位相調整および加算する前に、予め決められた種々のファクタで形成されるべき合成ビーム（Ｂｉ＿ｉ＋１）が間にあるように隣接する２つのビーム（Ｂｉ、Ｂｉ＋１）に対して前記第１のネットワークによって提供される信号を乗算することをさらに備える請求項１９〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
隣接するビームのそれぞれに対して異なる重み付けをした信号の組を得るために、予め決められたファクタの種々の組で隣接する２つのビームに対して前記第１の位相調整ネットワークによって提供される信号を乗算し、そして、予め決められたアジマス角で隣接する２つのビームの間に複数のビームを得るために各信号の組を相互位相調整および加算することをさらに備える請求項１９〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記ビームは、アナログの第１および第２の位相調整ネットワークによって形成される請求項１９〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
複素値で重み付けされたベクトルがディジタル領域で各ビームを表すディジタルの第１および第２の位相調整ネットワークによって形成される請求項１９〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
第１のビームは、前記第１のディジタル位相調整ネットワーク（３１）において前記受信した信号に複素加重を適用することによって形成され、隣接するビームの信号の相互位相調整および加算は、同じ位相角で２つのベクトルを得るために隣接する２つのビーム（Ｂ２、Ｂ３）を表すベクトル（ｂ２、ｂ３）のうちの少なくとも１つの位相角回転をもたらす複素加重を、合成ビームを形成するべきそれぞれに対して形成された信号に適用することによって、前記第２のディジタル位相調整ネットワーク（３３）において実行される請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記相互位相調整は、４個のアンテナを有する受信アンテナアレイおよび直交の第１のビームとした場合において、０および｜３π／４｜だけ、隣接する２つのビーム（Ｂ２、Ｂ３）のベクトル（ｂ２、ｂ３）の位相角をそれぞれ回転することによって実行される請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記相互位相調整は、８個のアンテナを有する受信アンテナアレイおよび直交の第１のビームとした場合において、０および｜７π／８｜だけ、隣接する２つのビームのベクトルの位相角をそれぞれ回転することによって実行される請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
形成された前記第１のビームおよび前記合成ビームに基づいて受信信号の角度拡散を推定することをさらに備える請求項１９〜３４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、無線通信ネットワークのための基地局、このような基地局のためのモジュール、および、無線通信ネットワークの基地局におけるアップリンクの信号の到来方向の推定について角度分解能を高める方法に関する。
（本発明の背景）
完全に操縦できるダウンリンクビームを出力することができるスマートアンテナアレイを有する基地局が従来から知られている。ユーザ特定のディジタルビーム形成に使われるとき、このようなスマートアンテナアレイのビーム形成器は、例えばビームの方向が、アンテナアレイの受信可能範囲の全セクタを通じて端末に沿うように進むよう、送信された信号の位相角および／または振幅を重み付けする。
【０００２】
端末の動きに従ってダウンリンクビームを動かすことができるようにするために、基地局は、端末を見つけることができる方向を決定しなければならない。このことは、基地局によって受信されるアップリンク信号が各端末から到来するアジマス方向を推定することによって達成される。アップリンク信号を受信するために、基地局は、固定ビーム受信システムをよく利用するが、この固定ビームは、アップリンク信号の到来方向を推定するために評価される。
【０００３】
例として、図１に到来方向（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ ： ＤｏＡ）を推定するためにシングルユーザからの信号処理に使われる基地局の構造を示す。
【０００４】
図１に示す基地局の一部分は、８個の受信アンテナ（図示せず）を有する均一の線形アンテナアレイ（ＵＬＡ）へ入力が接続されるアップリンクディジタルビームマトリクス１１を備える。アップリンクディジタルビームマトリクス１１の出力は、標準のレイク処理を実行する手段を介して、アップリンク信号の到来方向を推定する手段１３に接続される。到来方向を推定する手段１３は、図示されていない基地局のさらなるコンポーネントに一方が接続される。もう一方は、信号を拡散し重み付けする処理手段１４に接続される。処理手段１４は、ダウンロードビット処理手段１５からの信号を入力としてさらに受信するとともに、ユーザ特定ビーム形成手段１６へ信号を出力する。ユーザ特定ビーム形成手段１６の出力は、８個の送信アンテナ（図示せず）に接続される。標準のレイク手段１２、到来方向推定手段１３、ダウンリンクビット処理手段１５および処理手段１４は、ディジタルベースバンド処理が使われる。
【０００５】
受信アンテナを介して基地局に入力される信号は、まず、ディジタルビームマトリクス１１で処理される。ディジタルビームマトリクス１１はＭ×Ｍのマトリクスである。ここで、Ｍはアンテナ素子の数であり、すなわち、この例ではＭ＝８である。ディジタルビームマトリクス１１は、８個の異なる方向で、受信信号から固定受信ビームを生成する。ディジタルビームマトリクス１１および均一の線形アンテナアレイ（ＵＬＡ）で、直交ビーム（バッファマトリクス）もしくは非直交ビームの任意の組を生成することができる。生成されたビームは、標準のレイク手段１２に入力される。
【０００６】
標準のレイク手段１２によるチップレベルでの処理の後、ダウンリンク信号の送信に最適な方向を決定できるようにするために、到来方向推定手段１３によって評価される。アップリンク信号の到来方向は、各ビームからの電力を単に測定することによって推定できる。特に、チャネル推定でのパイロットシンボルにおける電力を決定することができる。最大のアップリンク電力を有するビームのビーム方向は、平均して高速フェージングであり、ダウンリンクビームが示されるべき到来方向としてみなされる。代わりに、この到来方向は、ビーム空間における到来方向を決定する他の公知の方法で推定することができる。到来方向を推定する手段１３は、決定された到来方向に相当するダウンリンク信号を形成するための電力制御および重み付け情報を処理手段１４に提供する。
【０００７】
これに加えて、到来方向推定手段１３内のさらなる要素は、図示されていないコンポーネントに、端末により送信されたデータ信号を含むソフトビットを送る。
【０００８】
ネットワークから端末に送信されるべき信号を構成するハードビットは、ダウンリンクビット処理手段１５によって例えばエンコードなどの処理がなされ、処理手段１４に送られる。処理手段１４は、到来方向推定手段１３から受信した情報に従うことでこれらの信号を拡散し重み付けすることができる。このように処理された信号は、ユーザ特定ディジタルビーム形成手段１６に送信されるが、このユーザ特定ディジタルビーム形成手段１６は、アップリンク信号の判定された到来方向に向かうダウンリンクビーム内に、送信アンテナを介して信号を送信する。
【０００９】
この方法で、アップリンク到来方向の推定は、固定ビームの形式で大まかな分解グリッドに基づいている。このことは、ダウンリンクにおいて、送信ビームは任意の分解能で連続的に操縦できるにもかかわらず、ダウンリンクビーム形成の精度は、アップリンクビーム空間に制限されることを意味している。ビームの数がスマートアンテナアレイの行数に等しいならば、この精度は、ダウンリンクビームの操縦に十分ではない。受信アンテナの数が増加することにより受信ビームの数が増加することで到来方向の分解能が改善されるにもかかわらず、角度分解能は４〜８のビーム／アンテナでは不十分である。アップリンクでは、角度分解能は、４個のビームでおよそ３０度、８個のビームでおよび１５度である。
【００１０】
図２ａからｄは、種々の配列状態に対する固定アップリンクビームの角度分布を示す。図２ａは、４個のアンテナアレイにより生じる４個の直交ビームのアジマス角の角度数に関する振幅ビームパターンの図である。図２ｂは、８個のアンテナアレイの８個の直交ビームの対応する振幅ビームパターンの図である。これに対し、図２ｃは４個のアンテナアレイの４個の非直交ビームの振幅ビームパターンの図であり、図２ｄは８個のアンテナアレイの８個の非直交ビームの振幅ビームパターンの図である。
【００１１】
到来方向の推定を固定ビームの電力に基づいて行う代わりに、ダウンリンクビームの方向を、チャネル推定を要素領域に戻すことによって選択することができる。この目的を達成するために、ビーム形成された信号を逆ディジタルビームマトリクスによって乗算することで、要素空間信号を得る。そして、到来方向のあらゆる公知技術が要素空間で使われる。しかしながら、実際の実現には、この方法は、非常に大量の計算が必要である。
（発明の概要）
本発明の目的は、アップリンク信号の到来方向の推定において角度分解能を容易に拡張することができる基地局、基地局モジュールおよび方法を提供することである。
【００１２】
この目的は、１つは、受信アンテナアレイにより提供される信号から固定受信角に対してビームを形成する第１の位相調整ネットワークと、少なくとも２つの隣接するビームに対して第１の位相調整ネットワークによって提供される信号を相互位相調整および加算し、これにより隣接する２つのビームの中間的な受信角のためにビームを形成し、この結果生じたビームの振幅および／または電力を予め決められたファクタでスケーリングする第２の位相調整ネットワークと、第１および第２の位相調整ネットワークにより提供されたビームからアップリンクにおける到来方向を推定する手段と、を備える無線通信ネットワークのための基地局で達成される。
【００１３】
もう１つは、この目的は、無線通信ネットワークの基地局におけるアップリンクでの信号の到来方向を推定する際の角度分解能を拡張する方法によって達成され、この方法は、
基地局の受信アンテナアレイでアップリンク信号を受信することと、
第１の位相調整ネットワークでの受信信号の他に固定された到来角のために第１のビームを形成し、このビームを構成する信号を出力することと、
隣接するビームに属する信号を相互位相調整および加算し、この結果生じたビームの振幅および／または電力を予め決められたファクタでスケーリングすることによって、第２の位相調整ネットワークでの第１のビームの少なくとも２つのビームの中間に少なくとも１つの合成ビームを形成することと、
第１のビームおよび合成ビームに基づく受信信号の到来方向を推定することと、を備える。
【００１４】
この目的は、このような第２の位相調整ネットワークを備える基地局のための基地局モジュールで達成される。
【００１５】
本発明は、比較的大雑把な角スペクトルを示す既にビーム形成されたアップリンク信号をさらに処理することによってより細かな角スペクトルが達成できるという考えから発展したものである。より細かな分解能は、単に乗算を適用し、現在の固定ビームに加算し、その後スケーリングすることによって達成される。このように、本発明による方法、基地局および基地局モジュールの主な利点として、アップリンク信号の到来方向の推定のためのより細かな角度分解能を容易に達成することができることである。
【００１６】
推定された到来方向は、特にその方向に送信されるべきダウンリンクビームを形成するために使われる。
【００１７】
本発明の好適な実施例については従属請求項から明らかとなる。
【００１８】
端末からのアップリンク信号を受信し、受信した信号を基地局の第１の位相調整ネットワークに提供するのに使われる受信アンテナアレイを、本発明の基地局は備えることができ、または基地局の補足部分を形成することができる。同じことは、送信アンテナアレイにも適用できる。
【００１９】
第１の位相調整ネットワークは、固定受信ビームとして直交もしくは非直交ビームを形成するのに適応できる。好適には、第１の位相ネットワークは、アップリンク信号を受信する受信アンテナの数に依存して、４個もしくは８個のこのようなビームを形成するのにさらに適用できる。しかしながら、どのような数の受信アンテナおよび形成されるべきビームでも選ぶことができる。
【００２０】
本発明の基地局および方法の有利な実施例では、第１の位相調整ネットワークによって提供される隣接する２つのビームの信号を相互位相調整して加算することは、第１の位相調整ネットワークによって全ての隣接ビームに対して実行される。したがって、形成ビームの総数は、第１の位相調整ネットワークによって形成されるオリジナルのビームの数の２倍から１を引いたものである。したがって、受信アジマス角の分解能は倍になる。
【００２１】
相互位相調整および加算により生じる合成ビームの電力および／または振幅は、到来方向を決定するために合成ビームが第１のビームと比較できるようにするために、オリジナルビームの電力および／または振幅にしたがってスケーリングされる。この目的を達成するために、全てのビームに等しいゲインが得られるように合成ビームをスケーリングすることができる。同じ信号が各ビームに対して到来する場合に各ビームについての信号対雑音比（ＳＮＲ）が等しくなるように、スケーリングファクタを選択することができる。代わりに、スケーリングファクタは、同じ信号が各ビームに対して到来する場合に各ビームについての信号対干渉および雑音比（ＳＩＮＲ）が等しくなるように、スケーリングファクタを選択することができる。
【００２２】
合成信号が２つの隣接する直交ビームの中間に厳密に形成される場合、全てのビームに対して等しいゲインを得るために、４個のオリジナルの直交ビームではスケーリングファクタを全合成ビームに対して０．６７ｄＢの損失を補償する値に設定することができ、８個のオリジナルの直交ビームではスケーリングファクタを全合成ビームに対して０．８６ｄＢの損失を補償する値に設定することができる。４個の直交ビームの場合、０．６７ｄＢの損失を補償するためには、電力修正ファクタを１６／１３．７＝１．１６７９とし、振幅修正ファクタを４／√（１３．７）＝１．０８０７とする。
【００２３】
本発明による基地局／基地局モジュールで、そして、本発明による方法で、角度分解能のより細かい調整を達成するために、隣接するオリジナルビームの信号は、相互位相調整および加算がなされる前に、種々の予め決められたファクタが乗算される。好適には、一方のファクタは１より大きく、もう一方のファクタは１より小さい。このように、合成ビームは、２つの隣接するビームの中間の角度に厳密にある必要はなく、２つのオリジナルのビームの間のどのような角でも任意にシフトされ得る。
【００２４】
この場合、形成された合成ビームに適用しなければならないスケーリングファクタは、振幅を乗算するのに使われるファクタにも依存する。
【００２５】
提供された細かい調整は、２つの隣接するオリジナルのビームの間における種々の角度において、これらを異なるファクタの組に乗算することによっていくつかのビームを生成するのに特に使うことができる。したがって、アップリンクでの到来方向を推定するための、どのような所望の角度分解能も得ることができる。
【００２６】
アップリンクにおける到来方向の推定は、好適には、第１および第２の位相調整ネットワークによって提供される電力の評価に基づく。
【００２７】
第１および第２の位相調整ネットワークは、アナログ位相調整ネットワークであってもよいが、好適には、これらは複素値で重み付けされたベクトルがディジタル領域における各ビームを示すようなディジタル位相調整ネットワークである。これらディジタル位相調整ネットワークは有利にはディジタルビームマトリクスＤＢＭによって構成される。
【００２８】
ディジタル位相調整ネットワークでは、複素加重を記憶することができる。複素加重は、所望のビームを形成するために到来する信号に適用される。第１のディジタル位相調整ネットワークは、予め決められた角度で予め決められた数のビームを形成するのに適した手法で予め決定することができる。第２のディジタル位相調整ネットワークの複素加重は、複素加重が対応する信号に適用されたとき、第１の位相調整ネットワークによって提供されるビームが第２の位相調整ネットワークで相互位相調整されて加算される。
【００２９】
ディジタル領域では、隣接するビームの相互位相調整は、隣接する２つのビームを表すベクトルのうちの少なくとも１つの位相角を回転することによって達成できる。４個の直交オリジナルビームの場合、隣接する２つのビームを表すベクトルの位相角は、例えば、０と、どちらかのビームが第１として選択され第２として選択されたかに依存する＋３π／４もしくは−３π／４で第２の隣接する２つのビームが表されるベクトルの位相角と、で回転することができる。８個のアンテナを有するアンテナアレイから信号が受信され８個の直交ビームが形成される場合、第１の隣接する２つのビームを表すベクトルの位相角は、０と、＋７π／８もしくは−７π／８で第２のビームが表されるベクトルの位相角と、で回転することができる。
【００３０】
そして、隣接する２つのビームの回転されたベクトルは、加算されて単一のベクトルを形成する。この単一のベクトルは、隣接する２つのオリジナルのビームの中間で単一の合成ビームを表す。
【００３１】
微調整のために、種々の隣接するビームを種々のファクタで乗算することも、回転および加算する前に種々のファクタで対応するベクトルの振幅を乗算することによって実現することができる。
【００３２】
本発明による方法および基地局は、基地局で影響を与える信号の角度拡散を推定するのにも使用することができる。例えば、最大の平均電力を有するＤＯＡ（到来方向）を見つけた後、対応する電力が隣接ビームの両方から測定される。上述のように、あるビームから隣接ビームへの方向角のインクリメントは、任意に小さく設定することができる。隣接ビームの平均電力が予め設定されたしきい値を超える場合、角度の拡散を記述する数は、隣接する２つのビーム間の角度インクリメントに対応する数によって増加する。このしきい値もまた適応できる。例えば、全セクタの開口角はスキャンされ、所望の信号、干渉のシナリオおよび特定の無線環境に依存する信号強度についての平均値が得られる。そして、所望の信号のレベルが全セクタを記述する平均値と比較される。そして、所望の信号がしきい値を超える場合、次のビームの信号電力が計算される。この処理は、所望の信号の電力レベルがしきい値を超える限り、繰り返される。したがって、角度拡散は、所望の信号の平均電力がしきい値を超えるビームの数と、隣接する２つのビームの角度間隔とに正比例する。
ＡＳ＝ＮＤ
ここで、Ｎは、所望の信号電力のしきい値を超える隣接ビームの数に等しく、Ｄは、付近のビームの角度インクリメントである。例えば、８個のオリジナルビームおよび７個の中間ビームである場合、角度インクリメントＤは、おおよそ７．５度である。信号電力が３つの連続ビームにおけるしきい値を超える場合、ビームからビームへの角度インクリメントＤが同じであると仮定すると、角度拡散は、２２．５度である。角度拡散Ｄが、直交ビームで好適な場合であるビームごとに変化し得ることに注目されたい。単一の電力が３つの連続ビームにおけるしきい値を超える場合、角度インクリメントＤは、おおよそ２２．５度である。
【００３３】
提案された基地局、基地局モジュールおよび方法は、ＷＣＤＭＡ（広域符号分割多元接続）およびＥＤＧＥ（発展型ＧＭＳのための拡張されたデータレート、ＧＭＳ：移動通信用広域システム）での利用に特に適している。
【００３４】
本発明は図面を参照してより詳細に説明される。
（発明の詳細な説明）
図１および２ａ〜ｄは、本発明の背景において既に説明された。
【００３５】
図３は、本発明による方法で使われる本発明による基地局の要素を示す。
【００３６】
図３の基地局では、４個のアンテナアレイが受信アンテナアレイとして使われる。各アンテナＡｎｔ１〜Ａｎｔ４は、低ノイズ増幅器ＬＮＡを介してディジタルビームマトリクスＤＢＭ３１に接続される。ディジタルビームマトリクスＤＢＭ３１は、ディジタル位相調整ネットワークを形成し、複素加重を記憶する。ディジタルビームマトリクスは、図３のディジタルビームマトリクス３１は、８×８行列の代わりに４×４である以外は、図１ａのアップリンクディジタルビームマトリクスに対応する。較正ユニット３２は、低ノイズ増幅器ＬＮＡにアクセスする。ディジタルビームマトリクスは、４つのビームＢ１〜Ｂ４のそれぞれに対し、出力線を有する。ビームＢ２およびＢ３の出力線は、枝分かれし、第２のディジタル位相調整ネットワークに供給される。また第２のディジタル位相調整ネットワークでは、複素加重が記憶される。第２のディジタル位相調整ネットワークは、さらなるビームＢ２＿３について出力を有する。
【００３７】
受信アンテナアレイのアンテナ素子Ａｎｔ１〜Ａｎｔ４は、端末からのアップリンク信号を受信するが、この信号は、端末の現在の位置に依存したある方向からアンテナアレイに入ってくる。
【００３８】
アンテナＡｎｔ１〜Ａｎｔ４によって受信される信号は、低ノイズ増幅器ＬＮＡで増幅されるが、低ノイズ増幅器ＬＮＡは、較正手段３２によって、アンテナ素子Ａｎｔ１〜Ａｎｔ４からディジタルビームマトリクス３１への送信線は同じであると仮定できるように、較正される。
【００３９】
ディジタルビームマトリクス３１では、図２ａに示されるものに対応する４個の直交固定受信ビームＢ１〜Ｂ４が、適するように選択され記憶された複素加重を受信信号に適用することによって形成される。各ビームの電力もしくは振幅は、ある受信角での受信強度を示している。このビームは出力され、例えば図１に示されるように、到来方向を推定する手段に供給される。
【００４０】
隣接するビームＢ２およびＢ３は、第２のディジタル位相調整ネットワーク３３にさらに供給される。第２のディジタル位相調整ネットワーク３３は、ビームＢ２、Ｂ３に属する信号にさらなる複素加重を適用することによって、２つのビームＢ２、Ｂ３の相互位相調整およびそれに続く加算を実行する。これらの複素加重は、第１のディジタル位相調整ネットワーク３１によって受信される受信ビームを相互位相調整および加算を実行するように、選択される。したがって、複素加重の適用の結果、２つのオリジナルビームＢ２、Ｂ３の方向の間の中間の方向で応答することになる。しかし、合成ビームＢ２＿３の振幅および電力は、３つの方向が全て同じ信号強度であると仮定したとき、オリジナルビームＢ２、Ｂ３に比較していくらか低減される。しかし、低減量は分かっているので、生成されたビームＢ２＿３の比較ゲインは、さらなるアジマス角を考慮して、到来方向を推定する手段で使うことができるように、合成ビームはスケーリングされる。
【００４１】
図４を参照して、図３の基地局で使われる４個のアンテナアレイの直交ビームに対して、スケーリングファクタをどのように得るかを説明する。
【００４２】
隣接する２つのビームの相互位相調整は、ディジタル領域において、ディジタルビームマトリクス３１で隣接する２つのビームを表す複素値で重み付けされたベクトルを相互位相調整することによって達成できる。ビームＢｉについてのベクトルｂｉは、対応するアレイ応答ベクトルａｉの要素ａｋを加算することによって得られる。
【００４３】
【数１】
2004516765.tif 000003
【００４４】
図４は、４個の直交ビームＢ１〜Ｂ４を生成するのに使われるディジタルビームマトリクス３１が、ビームＢ２、Ｂ３に対して複素値で重み付けされたベクトルをどのように決定するかを例示している。４個のビームのディジタルビームマトリクスの場合、対応するベクトルの要素は、ビームＢ２に加えられるが、位相角は、図４の左手側に示されるように、ある要素からその次へ４５度だけ回転させられる。結果として得られるベクトルは、ｂ２＝１＋２．４１４ｊである。同様に、アンテナ素子からの信号はビームＢ３に加えられるが、ここで、位相角は、ある要素からその次へ−４５度だけ回転させられる。結果として得られるベクトルは、ｂ３＝１−２．４１４ｊである。ビームＢ２およびビームＢ３は、これらベクトルｂ２およびｂ３によってディジタル領域に表される。
【００４５】
第１のディジタル位相調整ネットワークの出力は、ビームＢ２、ビームＢ３もしくはその両方の位相核を回転することによって相互位相調整される。ここで、ビームＢ３の位相角は、３π／４だけ回転させられてビームＢ２で相互位相調整する。相互位相調整の後、ビームは加算され、次のように表される合成ビームＢ２＿３が導かれる。
【００４６】
ｂ２＿３＝ｂ３＋ｂ３＝２＋４．８３ｊ＝５．２３ｅｘｐ（ｊ３π／８）
ディジタルビームマトリクス３１による４つのビームＢ１〜Ｂ４の電力は１６であるが、結果生じるビームＢ２＿３は、０．５×（５．２３）２＝１３．７である。それゆえ、オリジナルビームに比較して損失は、１３．７／１６＝０．６７ｄＢである。この損失を知ることによって、２つの固定ビームの中間に生成されたビームのスケーリングが可能となるので、生成されたビームの比例ゲインが分かり、到来方向の推定に使うことができる。スケーリングファクタは、必要な複素加重とともに記憶される。
【００４７】
他の種類のディジタルビームマトリクスに対して、スケーリングファクタは、同じように決定される。８個のアンテナアレイと、８個の非直交ビームＢ１〜Ｂ８を形成するディジタルビームマトリクスで、例えば、２つの中央ビームＢ４およびＢ５の出力は、ｂ４＝１＋５．０３ｊおよびｂ５＝１―５．０３ｊである。７π／８だけ回転することによって２つのビームＢ４、Ｂ５を相互位相調整した後の合成ビームＢ４＿５は次のように表される。
【００４８】
ｂ４＿５＝ｂ４＋ｂ５＝２＋１０．０５ｊ＝１０．２５ｅｘｐ（ｊ７π／１６）
電力はオリジナルビームの６４と比較して５２．５である。したがって、個の場合のアンテナゲインの損失は、８個のビームのディジタルビームマトリクスに対し５２．５／６４＝０．８６ｄＢである。
【００４９】
隣接する２つのビームの代わりに、より多くのビームを、中間ビームを得るために相互位相調整し加算することができる。
【００５０】
図５ａは、直交バトラービームの場合でのスケーリング無しで、図３の基地局によって得られる電力ビームパターンの図である。電力は−１００〜１００のアジマス角にわたって描かれている。図から分かるように、４個の直交ビームＢ１〜Ｂ４の電力は１６であり、合成ビームＢ２＿３の電力は、スケーリングファクタの上述の計算に従って１３．７である。
【００５１】
図５ｂは、非直交ビームの場合のオリジナルビームおよび３個の合成ビームの振幅ビームパターンの図であり、ここで、ビームは、対応するスケーリングファクタで大雑把にスケーリングされる。合成ビームＢ１＿２、Ｂ２＿３、Ｂ３＿４は、隣接するオリジナルビームの既存の組Ｂ１／Ｂ２、Ｂ２／Ｂ３およびＢ３／Ｂ４の間で形成されている。この図から、到来方向の分解能は、全ての隣接するオリジナルビーム間の合成ビームを誘導することによって倍にできる。
【００５２】
本発明による方法の他の実施例では、角度分解をさらに増加させることができる。
【００５３】
上述の実施例は、オリジナルビームの位相シフトのみ適用され、これにより、２つの隣接するビームの間にさらなるビームを厳密に提供する。合成ビームの方向の微調整が必要であるならば、この生成された合成ビームを提供するだけでは十分ではない。
【００５４】
より細かい分解能を得ることができるようにするために、複素加重によって受信ビームを位相シフトおよび振幅調整することを、隣接するビームに対して適用する。このように、合成ビームは、どのような所望の方向にも向けることができる。
【００５５】
図６ａおよび６ｂは、位相シフトだけによってビーム形成することと、オリジナルビームの振幅を位相シフト氏さらに調整することによってビーム形成することとの違いを例示している。
【００５６】
図６ａは、８この直交ビームＢｉ（ｉ＝１〜８）を形成する８個のビームのディジタルビームマトリクスからの振幅ビームパターンの図である。７個の合成ビームＢｉ＿ｉ＋１に対するさらなる合成ビームパターンは、全ての隣接するオリジナルビームＢｉおよびＢｉ＋１（ｉ＝１〜７）を相互位相調整し加算することで得られる。相互位相調整は、隣接するビームの全ての組に対して、Δφｉ＝０だけ隣接する２つのビームＢｉのはじめの１つの位相φｉを位相シフトし、Δφｉ＋１＝−７π／８だけ隣接する２つのビームＢｉ＋１の２つ目の位相φｉ＋１を位相シフトすることで得られた。合成ビームはスケーリングされておらず、したがって、これらはオリジナルビームよりも低い振幅を有して図に表れることになる。
【００５７】
図６ｂでは、Δφｉ＝０およびΔφｉ＋１＝−７π／８の位相シフトに加えて、加算の前に、それぞれの第１の隣接するビームＢｉの振幅は０．８で乗算され、それぞれの第２の隣接するビームＢｉ＋１の振幅は１．２で乗算される。この結果、図６ｂの生成された合成ビームは、図６ａの合成ビームと比較していくらかシフトされる。オリジナルビームの振幅を乗算するファクタを変えることによって、合成ビームを、２つのオリジナルビームの間のどのような角度にも位置させることができる。
【００５８】
このアプローチによって、オリジナルビームの振幅の乗算のためのファクタの種々の組を単に適用することによって、いくつかのビームを、２つの隣接するオリジナルビームの全ての間に形成することができ、これにより任意の細かい角度分解能が得られる。
【００５９】
最後に、図７ａおよび７ｂは、アップリンク信号の到来方向を推定する手段によって基地局で使われる種々の非直交ビームにわたる電力分布を示す。どちらの分布も、端末からの信号が基地局の受信アンテナアレイに垂直に達する場合に対応しており、図７ａでは、到来方向は、その全てが第１のディジタル位相調整ネットワークによって形成される８個のビームにわたる電力分布から推定されるべきである。種々のビームと種々の到来方向との関係は、例えば図２ｄと同じである。これに対し、図７ｂでは、到来方向は、本発明により８個のオリジナルビームの間に形成される７個の合成ビームを含む１５個のビームにわたる電力分布から推定されるべきである。図７ａに示すことができるように、番号４および番号５のビームは、最大電力を有する。したがって、到来方向を推定する手段は、ダウンリンクビームに対して最良の方向を決定することができず、ビーム番号４およびビーム番号５の角度の間にある最良のエリアのみを決定することができる。図７ｂでは、最大電力は、オリジナルビーム４（ここではビーム７）およびオリジナルビーム５（ここではビーム９）の間に厳密に位置するビーム番号８に明らかに属しており、したがって、角度は０度である。このことは、ダウンリンクビームの最良の方向は、この場合よりいっそう正確に決定することができることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
単一の端末からのアップリンク信号を処理するための基地局の構造を示す。
【図２ａ】
４個のアンテナアレイの直交ビームを示す。
【図２ｂ】
８個のアンテナアレイの直交ビームを示す。
【図２ｃ】
４個のアンテナアレイの非直交ビームを示す。
【図２ｄ】
８個のアンテナアレイの非直交ビームを示す。
【図３】
本発明による基地局のコンポーネントを示す。
【図４】
第１のディジタル位相調整ネットワークにおける複素加重の形成を例示する。
【図５ａ】
本発明の方法により生成されたあるビームでの電力ビームパターンを示す。
【図５ｂ】
４個のアンテナアレイに対して、本発明の方法により生成されスケーリングされた３つのビームでの振幅ビームパターンを示す。
【図６ａ】
８個のアンテナアレイに対して、本発明の方法により生成された７つのビームでの振幅ビームパターンを示す。
【図６ｂ】
細かい調整を有する８個のアンテナアレイに対して、本発明の方法により生成された７つのビームでの振幅ビームパターンを示す。
【図７ａ】
８個の直交ビームでの代表的な電力分布を示す。
【図７ｂ】
８個のオリジナルビームおよびオリジナルビーム間において本発明の方法により生成された７個の合成ビームでの代表的な電力分布を示す。
【図１】
2004516765.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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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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