(57)【要約】通信システム環境評価装置および方法。一実施形態では、本発明の教示による環境評価装置は、複数のアンテナ素子と、その複数のアンテナ素子からアップリンク信号を受信するために結合されている受信機を含む。装置は、複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号に応答して環境の評価を選択するために、アップリンク信号を受信するように結合されている信号プロセッサも含む。
2004525535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境のシグネチャを明らかにする方法であって、
複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク信号を受信するステップと、
受信したアップリンク信号からアップリンク空間のシグネチャを推定するステップと、
推定したアップリンク空間のシグネチャに基づいて環境のシグネチャを明らかにするステップとを含む方法。
【請求項２】
アップリンク空間のシグネチャを推定するステップが、
受信したアップリンク信号のアップリンク空間のシグネチャを推定するステップと、
受信したアップリンク信号の相乗的なアップリンク空間のシグネチャを計算するステップとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
推定したアップリンク空間のシグネチャに基づいて環境のシグネチャを明らかにするステップが、
推定したアップリンク空間のシグネチャと、相乗的なアップリンク空間のシグネチャの間の相関を見つけるステップと、
推定したアップリンク空間のシグネチャと、相乗的なアップリンク空間のシグネチャの間の相関が、低クラッタのしきい値よりも大きい場合には、低クラッタ環境の評価を選択するステップとを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
相乗的なアップリンク空間のシグネチャを計算するステップが、
複数のアンテナ・アレイ素子によって受信したアップリンク信号の主到来角を推定するステップと、
推定した主到来角を使って、受信したアップリンク信号のアップリンク空間のシグネチャを計算するステップとを含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】
推定したアップリンク空間のシグネチャと、相乗的なアップリンク空間のシグネチャの間の相関を見つけるステップが、推定したアップリンク空間のシグネチャと、相乗的なアップリンク空間のシグネチャの規格化された点乗積を計算するステップを含む請求項２に記載の方法。
【請求項６】
受信したアップリンク信号のアップリンク空間のシグネチャを推定するステップが、複数のアンテナ・アレイ素子によって受信したアップリンク信号と基準信号の間の相関ベクトルを計算するステップを含む請求項２に記載の方法。
【請求項７】
環境のシグネチャを明らかにする方法であって、
複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク信号を受信するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子によって受信したアップリンク信号のペア相関を計算するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子によって受信したアップリンク信号の前記ペア相関の絶対値の平均値を計算するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子によって受信したアップリンク信号の前記ペア相関の絶対値の平均値が高クラッタのしきい値よりも小さい場合には、高クラッタ環境の評価を選択するステップとを含む方法。
【請求項８】
複数のアンテナ・アレイ素子によって受信したアップリンク信号の前記ペア相関を計算するステップが、複数のアンテナ・アレイ素子によって受信したアップリンク信号の前記ペア相関の規格化された点乗積を計算するステップを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
環境のシグネチャを明らかにする方法であって、
複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク信号を受信するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子によって受信したアップリンク信号から相関行列を計算するステップと、
相関行列からソース・オーダを推定するステップと、
推定したソース・オーダが高混信のしきい値よりも大きい場合には、高混信環境の評価を選択するステップとを含む方法。
【請求項１０】
相関行列に応答してソース・オーダを推定するステップが、
相関行列の固有値を計算するステップと、
固有値に対し順次仮説技術を実行してソース・オーダを推定するステップとを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
相関行列に応答してソース・オーダを推定するステップが、
相関行列の固有値を計算するステップと、
固有値に対し赤池の情報量基準技術を実行してソース・オーダを推定するステップとを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
相関行列に応答してソース・オーダを推定するステップが、
相関行列の固有値を計算するステップと、
固有値に対し最小記述長技術を実行してソース・オーダを推定するステップとを含む請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
環境のシグネチャを明らかにする方法であって、
複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク信号を受信するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に応答して、信号対雑音比を計算するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に応答して、ビット誤り率（ＢＥＲ）を測定するステップと、
信号対雑音比に応答して期待ＢＥＲを決定するステップと、
測定したＢＥＲが、ＢＥＲしきい値の量だけ期待ＢＥＲよりも大きい場合には、高混信環境の評価を選択するステップとを含む方法。
【請求項１４】
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に応答して信号対雑音比を計算するステップが、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に応答して、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）を測定するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に含まれる雑音を測定するステップとを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
測定したＢＥＲが、ＢＥＲしきい値の量だけ期待ＢＥＲよりも大きく、かつＲＳＳＩがＲＳＳＩしきい値よりも大きい場合には、高混信環境の評価を選択するステップをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
複数のアンテナ素子と、
複数のアンテナ素子からアップリンク信号を受信するために結合されている受信機と、
複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号に応答して環境の評価を選択するために、アップリンク信号を受信するように結合されている信号プロセッサとを含む装置。
【請求項１７】
複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号を記憶するために、受信機および信号プロセッサに結合されているメモリをさらに含む請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
信号プロセッサが、推定したアップリンク空間のシグネチャと相乗的なアップリンク空間のシグネチャの間の相関が、低クラッタ評価のしきい値よりも大きい場合には、低クラッタ環境の評価を選択するために結合されている請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
信号プロセッサが、複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号に応答して信号プロセッサが推定した主到来角に応答して、相乗的なアップリンク空間のシグネチャを計算するために結合されている請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
信号プロセッサが、複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号のペア相関の絶対値の平均値が、高クラッタ評価のしきい値よりも小さい場合には、高クラッタ環境の評価を選択するために結合されている請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
信号プロセッサが、アンテナ素子のペアの規格化された点乗積を計算することによって、複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号の前記ペア相関を計算するために結合されている請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
信号プロセッサが、複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号に応答して推定したソース・オーダが、高混信評価のしきい値よりも高い場合には、高混信環境の評価を選択するために結合されている請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
信号プロセッサが、複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号中の測定したビット誤り率（ＢＥＲ）が期待ＢＥＲよりも大きく、かつアップリンク信号の受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）がＲＳＳＩしきい値よりも大きい場合には、高混信環境の評価を選択するために結合されている請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
信号プロセッサが、複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号の信号対雑音比に応答して期待ＢＥＲを決定するために結合されている請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
命令を記憶している機械可読媒体であって、命令が、実行されると、
複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク信号を受信するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号を記憶するステップと、
複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号に応答して、環境の評価を選択するステップとを発生させる、機械可読媒体。
【請求項２６】
環境の評価を選択するステップが、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に応答して、アップリンク空間のシグネチャを推定するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に応答して、主到来角を推定するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号、および推定した主到来角に応答して、相乗的なアップリンク空間のシグネチャを計算するステップと、
推定したアップリンク空間のシグネチャと相乗的な空間のシグネチャの間の相関を見つけるステップと、
推定したアップリンク空間のシグネチャと相乗的な空間のシグネチャの間の相関が、低クラッタのしきい値よりも大きい場合には、低クラッタ環境の評価を選択するステップとを含む請求項２５に記載の機械可読媒体。
【請求項２７】
推定したアップリンク空間のシグネチャと相乗的な空間のシグネチャの間の相関を見つけるステップが、推定したアップリンク空間のシグネチャと相乗的な空間のシグネチャの間の規格化された点乗積を計算するステップを含む請求項２６に記載の機械可読媒体。
【請求項２８】
環境の評価を選択するステップが、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号のペア相関を計算するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子によって受信したアップリンク信号の前記ペア相関の絶対値の平均値を計算するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子によって受信したアップリンク信号の前記ペア相関の絶対値の平均値が高クラッタのしきい値よりも小さい場合には、高クラッタ環境の評価を選択するステップとを含む請求項２５に記載の機械可読媒体。
【請求項２９】
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号のペア相関を計算するステップが、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号の前記ペア相関の規格化された点乗積を計算するステップを含む請求項２８に記載の機械可読媒体。
【請求項３０】
環境の評価を選択するステップが、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に応答して、相関行列を計算するステップと、
相関行列に応答してソース・オーダを推定するステップと、
ソース・オーダが高混信のしきい値よりも大きい場合には、高混信環境の評価を選択するステップとを含む請求項２５に記載の機械可読媒体。
【請求項３１】
相関行列に応答してソース・オーダを推定するステップが、相関行列の固有値を計算するステップと、計算した固有値に応答してソース・オーダを推定するステップを含む請求項３０に記載の機械可読媒体。
【請求項３２】
環境の評価を選択するステップが、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に応答して、ビット誤り率（ＢＥＲ）を測定するステップと、
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に応答して、期待ＢＥＲを決定するステップと、
測定したＢＥＲが、ＢＥＲしきい値の量だけ期待ＢＥＲよりも大きく、かつアップリンク信号の受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）がＲＳＳＩしきい値よりも大きい場合には、高混信環境の評価を選択するステップを含む請求項２５に記載の機械可読媒体。
【請求項３３】
複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号に応答して期待ＢＥＲを決定するステップが、複数のアンテナ・アレイ素子から受信したアップリンク信号の信号対雑音比を測定するステップであって、期待ＢＥＲが信号対雑音比に関連するステップを含む請求項３２に記載の機械可読媒体。
【請求項３４】
環境のシグネチャを明らかにする方法であって、
複数のアンテナ・アレイ素子からアップリンク信号を受信するステップと、
受信したアップリンク信号に基づいて環境のシグネチャを明らかにするステップとを含む方法。
【請求項３４】
受信したアップリンク信号に基づいて環境のシグネチャを明らかにするステップが、
受信したアップリンク信号からアップリンク空間のシグネチャを推定するステップと、
受信したアップリンク信号から相乗的なアップリンク空間のシグネチャを計算するステップと、
推定したアップリンク空間のシグネチャと相乗的なアップリンク空間のシグネチャの間の相関を見つけるステップと、
推定したアップリンク空間のシグネチャと相乗的なアップリンク空間のシグネチャの間の相関が、低クラッタのしきい値よりも大きい場合には、低クラッタ環境を選択するステップとを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３５】
受信したアップリンク信号に基づいて環境のシグネチャを明らかにするステップが、
アップリンク信号のペア相関を計算するステップと、
前記ペア相関の絶対値の平均値を計算するステップと、
前記ペア相関の絶対値の平均値が高クラッタのしきい値よりも小さい場合には、高クラッタ環境の評価を選択するステップを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
受信したアップリンク信号に基づいて環境のシグネチャを明らかにするステップが、
アップリンク信号から相関行列を計算するステップと、
相関行列からソース・オーダを推定するステップと、
推定したソース・オーダが高混信のしきい値よりも大きい場合には、高混信環境の評価を選択するステップとを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
受信アップリンク信号に基づいて環境のシグネチャを明らかにするステップが、
アップリンク信号に応答して信号対雑音比を計算するステップと、
アップリンク信号に応答してビット誤り率（ＢＥＲ）を測定するステップと、
信号対雑音比に応答して期待ＢＥＲを決定するステップと、
測定したＢＥＲが、ＢＥＲしきい値の量だけ期待ＢＥＲよりも大きく、かつア
ップリンク信号の受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）がＲＳＳＩしきい値よりも大きい場合には、高混信環境の評価を選択するステップを含む請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、一般に、通信システムに関し、より詳細には、本発明は、アンテナ・アレイを利用した無線通信システムに関する。
【０００２】
（背景の情報）
アンテナ・アレイは、無線周波数信号を送信および／または受信する通信システムにおいて使用することができる。アンテナ・アレイは、一般に、空間的に分離されたいくつかのアンテナを含み、無線通信システム、セルラ・システム、テレビ放送、ポイント・ツー・ポイント・システム、ページング・システム、メディカル・アプリケーションなどを始めとして、多数の無線の適用業務で利用することができる。
【０００３】
このようなシステムでアンテナ・アレイを使用すると、単一素子のアンテナを使用するよりもアンテナの性能が向上することが多い。このようなアンテナの性能向上には、受信信号の場合は、信号対雑音比の向上および混信阻止を含めることができる。送信信号の場合のアンテナの性能向上には、指向性の向上、それによる他の共通チャネル利用者に向けられる電力の低減、セキュリティ、および送信電力要件の低減が含まれる。アンテナ・アレイは、信号の受信や送信のみに、または信号の受信と送信の両方に使用することができる。
【０００４】
アンテナ・アレイ・システムの代表的な適用例は、無線通信システムの場合である。例として、セルラ通信システムおよび無線ローカル・ループ・システムが挙げられる。一般に、このような無線通信システムは、通例、基地局と呼ばれる１つまたは複数の通信基地を含み、そのそれぞれが、遠隔端末装置およびハンドセットとも呼ばれるその加入者ユニットと通信を行う。セルラ・システムでは、遠隔端末装置が一般にモバイルであり、無線ローカル・ループ・システムでは、遠隔ユニットが一般に固定された場所にある。
【０００５】
アンテナ・アレイは、一般に、基地局にあるが、利用者端末装置で利用することもできる。遠隔端末装置から基地局への通信は一般にアップリンクと呼ばれ、基地局から遠隔端末装置への通信は一般にダウンリンクと呼ばれる。時分割二重（ＴＤＤ）システムでは、特定の遠隔端末装置を使ったアップリンクおよびダウンリンク通信が、同じ周波数で、しかし異なるタイムスロットで発生する。周波数分割二重（ＦＤＤ）システムでは、特定の遠隔端末装置を使ったアップリンクおよびダウンリンク通信が、異なる周波数で発生し、同時に発生する場合もしない場合もある。
【０００６】
ＦＤＤでは、アップリンクおよびダウンリンクの通信チャネルで異なる周波数が使用されるため、基地局と遠隔端末装置の間のアップリンクおよびダウンリンクの通信チャネルにおける信号の挙動は異なる。チャネルのマルチパス成分が多ければ多いほど、その差異がはっきりしてくる。マルチパス環境においては、例えば建物などによって生じる散乱および／または反射が、通信信号の振幅および位相の変化、および／または通信信号のマルチパス成分の原因となる。マルチパス成分は、異なる周波数では異なって挙動し、アンテナ・アレイに到着する通信信号は、周波数とともに変化する。したがって、無線通信システムの性能は、その環境における散乱体の存在によって影響を受ける。
【０００７】
無線通信システムの性能に影響を与える別の要因は、その環境において同じ周波数またはチャネルを同時に利用する複数の遠隔端末装置の存在である。同じ周波数を利用する別個のソースまたは遠隔端末装置の数が増えれば増えるほど、通信チャネル中の混信量も増加する。
【０００８】
（発明の概要）
環境評価装置および方法を開示する。一実施態様では、環境評価装置は、複数のアンテナ素子、および複数のアンテナ素子からアップリンク信号を受信するために結合されている受信機を含む。この装置はまた、複数のアンテナ素子から受信したアップリンク信号に応答して環境の評価を選択するために、アップリンク信号を受信するように結合されている信号プロセッサを含む。本発明のさらなる特徴および利益は、以下の詳細な説明、図、および特許請求の範囲から明らかになろう。
【０００９】
本発明を、添付の図面の非限定的な例によって説明する。
【００１０】
（詳細な説明）
本発明の一形態では、通信システムの動作状態または環境を判定するための方法および装置を開示している。以下の説明では、本発明が完全に理解されるよう、多数の特定の詳細を述べている。しかし、当業者には、本発明を実施するために、特定の詳細を使用する必要がないことが明らかであろう。別の場合では、本発明が分かりにくくなることを避けるために、周知の材料または方法については詳細に記載していない。
【００１１】
本明細書において「一実施形態」または「ある実施形態」と言っているのは、その実施形態に関連して説明している特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも一実施形態に含まれていることを意味している。したがって、本明細書では様々な個所に「一実施形態では」または「ある実施形態では」というフレーズがあるが、それらは必ずしもすべて同じ実施形態を指しているとは限らない。さらに、１つまたは複数の実施形態において、特定の特徴、構造、または特性を任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００１２】
本発明の一態様では、無線通信システム中の基地局は、その無線通信システムが動作している環境または状態を評価する能力を備えている。一実施形態では、基地局は、複数のアンテナ素子を備えたアンテナ・アレイを含む。アップリンク通信信号をアンテナ・アレイ中のアンテナ素子が受信し、そのアップリンク通信信号に対して、基地局が低クラッタ（ｃｌｕｔｔｅｒ）または高クラッタ環境で動作しているかどうかを評価するための処理がなされる。さらに、一実施形態では、高クラッタ環境の場合には、基地局が低混信または高混信環境で動作しているかどうかを評価するための処理が、アップリンク通信信号に対してなされる。
【００１３】
例えば、図１は、本発明の教示による、無線通信システムの基地局１０１の一実施形態を示す構成図である。図示のように、基地局１０１は、複数のアンテナ素子１０５、１０７を有するアンテナ・アレイ１０３を含む。図１では、説明の目的で、アンテナ・アレイ１０３を、２つのアンテナ素子１０５、１０７を有するものとして示してあるが、アンテナ・アレイ１０３は、本発明の教示に従って、２つよりも多くのアンテナ素子を含むことができる。図示のように、アップリンク通信信号１１７を、アンテナ・アレイ１０３のアンテナ素子１０５、１０７が受信する。一実施形態では、アップリンク通信信号１１７は、無線通信システムの１つまたは複数の遠隔端末装置から受信される。
【００１４】
説明している実施形態では、受信機１０９が、アンテナ・アレイ１０３のアンテナ素子１０５、１０７からアップリンク通信信号１１７を受信するために結合されている。一実施形態では、信号プロセッサ１１１が、アップリンク通信信号１１７を受信するために受信機１０９に結合されている。一実施形態では、記憶装置１１３が、受信機１０９が受信したアップリンク通信信号１１７を記憶するために受信機１０９に結合されており、信号プロセッサ１１１が、記憶された通信信号を受信するために、記憶装置１１３に結合されている。一実施形態では、記憶装置１１３は、信号プロセッサ１１１が実行できるソフトウェア命令が記憶されている機械可読媒体である。
【００１５】
図１に示す実施形態に示すように、信号プロセッサ１１１は、受信したアップリンク通信信号１１７を処理し、受信したアップリンク通信信号１１７に応答して環境評価１１５を生成する。一実施形態では、環境評価１１５は、低クラッタ環境か高クラッタ環境かの評価、および／または低混信環境か高混信環境かの評価のことがある。
【００１６】
例えば、図２は、本発明の教示による、低クラッタ環境で動作する基地局２０１の一実施形態を示す構成図である。本明細書の目的においては、低クラッタ環境は、マルチパス成分を発生させる可能性がある散乱体などが比較的少ない環境に相当する。このような環境は、例えば、１階または２階建ての建物を特徴とする郊外の環境で見られる。場合によっては、基地局と遠隔端末装置の間を見通すことができる。
【００１７】
図２に示すように、基地局２０１は、遠隔端末装置２１９からアップリンク通信信号２１７を受信するアンテナ・アレイ２０３を含む。一実施形態では、基地局２０１はセルラ基地局などの一部でよく、また、遠隔端末装置はセルラ電話などの一部であるモバイル・ユニットでもよい。しかし、本発明は、例えばセルラ・システム用など、いずれかの特定のタイプの無線アプリケーションに限定されるものではなく、アンテナ・アレイを使用している様々なタイプの無線システムおよびアプリケーションで利用することができる。一実施形態では、本発明が、空間分割多元アクセス（ＳＤＭＡ：ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）システム、または、アダプティブ・アレイ（ａｄａｐｔｉｖｅ ａｒｒａｙ）を利用することができるその他のタイプのシステムにおいて有用である。例えば、本発明の一実施形態を、時分割二重（ＴＤＤ）または特に周波数分割二重（ＦＤＤ）の通信システムにおいて、および／またはその他の無線アーキテクチャとともに利用することができる。さらに、本発明の諸実施形態の様々な素子のそれぞれまたは組み合わせを、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実装することができる。
【００１８】
図２に戻ると、その環境には散乱体２２３が存在するが、比較的少ない。したがって、図２に示す環境は、低クラッタ環境の例である。伝搬の観点からすると、基地局２０１と遠隔端末装置２１９の間の通信チャネルは良好である。一実施形態では、基地局２０１は、アンテナ・アレイ２０３を介してアップリンク通信信号２１７を受信する。基地局２０１は、そのアップリンク信号２１７を処理して、環境評価２１５を生成する。これは、図２の場合は、低クラッタ環境の評価である。
【００１９】
図３は、本発明の教示による、高クラッタ／低混信環境で動作する基地局３０１の一実施形態を示す構成図である。本明細書の目的においては、高クラッタ環境は、マルチパス成分を発生させる可能性がある散乱体などが比較的多い環境に相当する。このような環境の一例として、高層ビルが多く、伝搬環境が比較的厳しいことを特徴とする都会の環境が挙げられる。一般に、高クラッタ環境には見通しできる伝搬条件はない。都会または高クラッタ環境の伝搬チャネルは、通常、複数の伝搬経路を含み、郊外の環境の場合のように主経路を含まない。したがって、高クラッタ環境では、一般に、入って来るアップリンク信号の到来角の拡がりが著しい。本明細書の目的においては、低混信環境は、同じ周波数またはチャネルを同時に利用するソースまたは遠隔端末装置が比較的少ない環境に相当する。
【００２０】
図３に示すように、基地局３０１は、遠隔端末装置３１９からアップリンク通信信号３１７を受信するアンテナ・アレイ３０３を含む。図３に示すように、散乱体３２３、３２５、３２７、３２９を含めて、比較的多数の散乱散乱体が存在する。比較的多数の散乱体は、アップリンク通信信号３１７中に多くのマルチパス成分を取り込む。したがって、図３に示す環境は高クラッタ環境である。さらに、図３に示す例では、比較的少ない遠隔端末装置しか示しておらず、その１つを遠隔端末装置３１９として示してある。したがって、図示の環境は低混信環境の例である。
【００２１】
一実施形態では、基地局３０１は、アンテナ・アレイ３０３を介してアップリンク通信信号３１７を受信する。基地局３０１は、アップリンク信号３１７を処理して、環境評価３１５を生成する。これは、図３の場合は、高クラッタ環境の評価である。一実施形態では、高クラッタ環境と評価された場合には、その環境が低混信環境か高混信環境かの評価がなされる。図３に示す実施形態では、環境評価３１５は、低混信環境の評価を含む。
【００２２】
図４は、本発明の教示による、高クラッタ／高混信環境で動作する基地局４０１の一実施形態を示す構成図である。本明細書の目的においては、高混信環境は、同じ周波数またはチャネルを同時に利用するソースまたは遠隔端末装置が比較的多い環境に相当する。このような環境の一例として、例えば混雑しているダウンタウンや空港の環境など、多くの無線電話利用者が同じチャネルを使用している環境が挙げられる。
【００２３】
図４に示すように、基地局４０１は、遠隔端末装置４１９、４２１を始めとする多くの遠隔端末装置からアップリンク通信信号４１７を受信するアンテナ・アレイ４０３を含む。図４に示すように、散乱体４２３、４２５、４２７、４２９を含めて、比較的多数の散乱散乱体が存在する。比較的多数の散乱体は、アップリンク通信信号４１７中に多くのマルチパス成分を取り込む。したがって、図４に示す環境は高クラッタ環境である。さらに、図４に示す例は、比較的多い遠隔端末装置を示しており、その２つを遠隔端末装置４１９、４２１として示してある。したがって、図示の環境は高混信環境の例である。
【００２４】
一実施形態では、基地局４０１は、アンテナ・アレイ４０３を介してアップリンク通信信号４１７を受信する。基地局４０１は、そのアップリンク通信信号４１７を処理して、環境評価４１５を生成する。これは、図４の場合は、高クラッタ／高混信環境である。
【００２５】
図５は、本発明の教示による、低または高クラッタ環境を識別する方法の一実施形態を示す流れ図５０１である。図５の流れ図５０１に示す方法は、例えば図１から図４に示す基地局など、基地局によって実施される。ブロック５０３に示すように、アップリンク信号を、例えば、図１のアンテナ・アレイ１０３の複数のアンテナ素子１０５、１０７が受信する。一実施形態では、アップリンク信号が受信機１０９に供給され、次いで、信号プロセッサ１１１に供給される。一実施形態では、アップリンク信号が記憶装置１１３に記憶され、次いで信号プロセッサ１１１に供給される。別の一実施形態では、アップリンク信号が、直接、受信機１０９から受信される。
【００２６】
一実施形態では、ブロック５０５は、次いで、アップリンク空間のシグネチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ：ありさま、特徴）が推定されることを示す。当業者には知られているように、ｒ２５は、アップリンクのシグニチャの推定値ａ＾ｔを提供する。説明の目的で、ｒ２５がアップリンク空間のシグネチャに等しいと仮定する。この場合、ｒ２５は［ＺＨＳ］Ｍｘ１、すなわちＺとｓの相関ベクトルである。Ｚは受信したアップリンク信号を表す行列であり、ｓは基準信号であり、Ｍはそのときのアンテナ・アレイ中の素子の数であり、Ｈはエルミート転置（Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ ｔｒａｎｓｐｏｓｅ）を表す。一実施形態では、アップリンク通信信号が、ＡＯＡ１＝９０°およびＡＯＡ２＝０°である、強度が等しい、到来角（ＡＯＡ）の成分を含む。さらに、アンテナ・アレイが、素子間の間隔がλ／２でＭ＝２の２つのアンテナ素子を含むと仮定する。したがって、推定されるアップリンク空間のシグネチャａ＾ｔは以下の通りである。（本明細書において「＾」は直ぐその前の文字の上に付く）
【数１】
2004525535.tif 000003
式中、β＝２π／λ、ｄ＝λ／２、λ＝ｃ／ｆ、ｃ＝光速、ｆ＝搬送周波数である。上記の関係を使って、この特定の例の場合について、推定するアップリンク空間のシグネチャを以下のように計算することができる。
【数２】
2004525535.tif 000004
【００２７】
図５の流れ図５０１を続けると、ブロック５０７は、一実施形態では、次いで、相乗的なアップリンク空間のシグネチャａ＾ｇが計算されることを示す。一実施形態では、最初に主到来角θｄを推定することによって、ａ＾ｇが計算される。この場合、相乗的なアップリンク空間の信号ａ＾ｇを、以下に従って推定することができる。
【数３】
2004525535.tif 000005
【００２８】
一実施形態では、周知の技術を利用して、主ＡＯＡを推定することができる。本発明の技術に従って利用できる、既知のＡＯＡ評価技術には、遅延和法（Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｓｕｍ ｍｅｔｈｏｄ）、Ｃａｐｏｎ法、複数信号分類（ＭＵＳＩＣ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、および回転不変性技術による信号パラメータの推定（ＥＳＰＲＩＴ：Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法が含まれる。
【００２９】
遅延和法は、伝統的ビームフォーマ法（ｃｌａｓｓｉｃａｌ ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ ｍｅｔｈｏｄ）またはフーリエ法とも呼ばれる。ビームフォーマは、任意の角度θの空間のシグネチャである重量ｗを使用する。したがって、ｗ＝ａ（θ）である。各方位角について、ビームフォーマの出力が計算される。最大出力に対応するＡＯＡが、ソースＡＯＡとして宣言される。この既知の技術によって、ブロード・ビームが生成される。
【００３０】
既知のＣａｐｏｎ法は、ルック・アングルθでビームを形成するが、また、無相関の混信（ｕｎｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）をゼロにしようと試みる。これは、ビームがルック・アングルの方向で形成されるという制約のもとに、出力を最小限にすることによって達成される。すなわち、
ｍｉｎｗＥ［ｙ（ｋ）］２＝ｍｉｎｗｗＨＲＺＺｗ    （式７）
ただし、
ｗＨａ（θ）＝１    （式８）
式中、ｙは出力であり、ｗは重量ベクトルであり、Ｈはエルミート転置を表し、ＲＺＺは入力相関行列である。ＡＯＡの関数としての出力スペクトルが、以下によって得られる。
ＰＣａｐｏｎ（θ）＝１／（ａＨＲＺＺａ（θ））    （式９）
【００３１】
既知のＭＵＳＩＣ技術は、入力共分散行列の固有構造を探求する高解像度アルゴリズムである。ＭＵＳＩＣは、入射信号の数、それらのＡＯＡ、それらの強度、および入射信号間の相互相関を推定する、信号パラメータ推定アルゴリズムである。共分散行列の固有ベクトルは、２つの直交する部分空間、信号部分空間と雑音部分空間のいずれかに属する。信号のＡＯＡに対応するステアリング・ベクトルは信号部分空間にあり、したがって雑音部分空間に直交している。あらゆる可能な行列において、雑音部分空間の固有ベクトルが張る空間に垂直なステアリング・ベクトルを探索することによって、ＡＯＡが推定される。
【００３２】
既知のＥＳＰＲＩＴ技術は、ＭＵＳＩＣの計算および記憶要件を低減する別の部分空間技術である。ＥＳＰＲＩＴは、網羅的な探索または正確な較正を必要としない。ＥＳＰＲＩＴは、２つの等サイズの部分行列に分解できる構造を備えた行列要素を利用することによって、それを有利なものにしている。その２つの部分行列の対応する要素は、固定並進距離―回転距離ではなく―だけ互いにずれている。
【００３３】
主ＡＯＡθｄが推定されると、上記の式６で推定した主ＡＯＡθｄを用いることによって、相乗的なアップリンク空間のシグネチャａ＾ｇを計算することができる。一実施形態では、主ＡＯＡθｄが、最高出力のＡＯＡに相当する。主ＡＯＡθｄを９０°と仮定して、上述の例を続けると、
【数４】
2004525535.tif 000006
【００３４】
図５の流れ図５０１を続けると、ブロック５０９は、一実施形態では、次いで、推定した真のアップリンク空間のシグネチャａ＾ｔと、相乗的なアップリンク空間のシグネチャａ＾ｇの間の相関が計算されることを示す。一実施形態では、ａ＾ｔとａ＾ｇの間の相関が、推定したアップリンク空間のシグネチャａ＾ｔと相乗的なアップリンク空間のシグネチャａ＾ｇの間の規格化された点乗積を求めることによって計算される。その相関が低クラッタのしきい値よりも大きい場合には、図５のブロック５１１で示すように、低クラッタ環境の評価が選択される。そうでない場合には、図５のブロック５１３で示すように、高クラッタ環境の評価が選択される。
【００３５】
例えば、ａ＾ｔ＝［２  ０］、ａ＾ｇ＝［１  １］として上述の例を続けると、相関ρは、ａ＾ｔとａ＾ｇの間の規格化された点乗積に等しい。したがって、
【数５】
2004525535.tif 000007
ρ＝０．７０７１    （式１３）
ρ＝０．７０７１が低クラッタのしきい値よりも大きいと仮定すると、低クラッタ環境が選択される。低クラッタのしきい値が、一実施形態では、アンテナ・アレイ中のアンテナ素子数Ｍを始めとする、多くの要因に基づいて決定されることがわかる。
【００３６】
図６は、本発明の教示による、低または高クラッタ環境を識別する方法の別の実施形態を示す流れ図６０１である。ブロック６０３に示すように、本発明の一実施形態の教示に従って、アップリンク信号を例えば基地局１０１が受信する。ブロック６０５は、次いで、アップリンク信号のペア相関（ｐａｉｒｗｉｓｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）が計算されることを示す。例えば、Ｚは受信したアップリンク信号を表す行列で、Ｚ＝［Ｚ１Ｚ２．．．ＺＭ］であり、Ｚ１が第１のアンテナ素子で受信したアップリンク信号に対応し、Ｚ２が第２のアンテナ素子で受信したアップリンク信号に対応し、ＺＭがＭ番目のアンテナ素子で受信したアップリンク信号に対応すると仮定する。一実施形態では、ペア相関を、そのペア相関の規格化された点乗積を計算することによって求める。したがって、ペア相関を、次の関係に従って計算することができる。
ρｉｊ＝＜ＺｉＨＺｊ＞／（‖ＺｉＨ‖‖Ｚｊ‖）    （式１４）
式中、ｉおよびｊは、アンテナ・アレイ中の特定のアンテナ素子を表し、ｉ≠ｊである。一実施形態では、アップリンク信号のすべてのペアについて、相関が計算される。
【００３７】
図６の流れ図６０１を続けると、ブロック６０７は、一実施形態では、次いで、ペア相関の平均値が計算されることを示す。一実施形態では、すべてのペア相関の絶対値の平均値が計算される。ブロック６０９は、次いで、ペア相関の平均値が高クラッタのしきい値と比較されることを示す。平均値が高クラッタのしきい値よりも小さい場合には、図６のブロック６１１で示すように、高クラッタ環境の評価が選択される。そうでない場合には、図６のブロック６１３で示すように、低クラッタ環境の評価が選択される。高クラッタのしきい値が、一実施形態では、アンテナ・アレイ中のアンテナ素子数Ｍを始めとする、多くの要因に基づいて決定されることがわかる。
【００３８】
図７は、本発明の教示による、低または高混信環境を識別する方法の一実施形態を示す流れ図７０１である。ブロック７０３に示すように、本発明の一実施形態の教示に従って、アップリンク信号を例えば基地局１０１が受信する。ブロック７０５は、次いで、アップリンク信号から相関行列ＲＺＺが計算されることを示す。例えば、受信したアップリンク信号を表す行列をＺと仮定する。一実施形態では、ＲＺＺが次の関係に従って計算される。
ＲＺＺ＝ＺＺＨ    （式１５）
【００３９】
図７の流れ図７０１を続けると、ブロック７０７は、一実施形態では、次いで、相関行列ＲＺＺからソース・オーダが計算されることを示す。一実施形態では、ソース・オーダは、同じ周波数、同じ時間の利用者数の推定値であり、最初にＲＺＺの固有値を求めることによって計算される。例えば、次のような相関行列の単純な例を想定する。
【数６】
2004525535.tif 000008
この単純な例では、アンテナはＭ＝３であり、ＲＺＺの固有値はＲＺＺ＝［１  １  ０］である。
【００４０】
一実施形態では、ＲＺＺの固有値を求めた後、ソース・オーダを、例えば、順次仮説（ＳＨ：Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ）、最小記述長（ＭＤＬ：Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｖｅ Ｌｅｎｇｔｈ）、赤池の情報量基準（ＡＩＣ：Ａｋａｉｋｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｒｉｔｅｒｉａ）などを含め、周知の技術を使って求めることができる。当業者には知られているように、これらの技術はすべて、次いで、ログ尤度関数を最小にすることによって、ソース・オーダまたはソースの数を推定する。この場合、尤度関数は、入力相関行列の固有値の、相乗平均対相加平均の比率である。
【００４１】
図７の流れ図７０１を続けると、ブロック７０９は、一実施形態では、次いで、推定したソース・オーダが高混信のしきい値と比較されることを示す。推定したソース・オーダは、一実施形態では高混信のしきい値と等しいが、これが高混信のしきい値よりも大きい場合には、図７のブロック７１１で示すように、高混信環境の評価が選択される。そうでない場合には、図７のブロック７１３で示すように、低混信環境の評価が選択される。
【００４２】
図８は、本発明の教示による、低または高混信環境を識別する方法の別の実施形態を示す流れ図８０１である。ブロック８０２に示すように、本発明の一実施形態の教示に従って、例えば基地局１０１がアップリンク信号を受信する。
【００４３】
アップリンク通信信号が受信された後、次いで、アップリンク通信信号の受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）が測定される。ＲＳＳＩは、成分、Ｓ、Ｎ、およびＩを含む。この場合、Ｓは所望の信号を表し、Ｎは雑音を表し、Ｉは混信を表す。ブロック８０３に示すように、ＲＳＳＩがＲＳＳＩしきい値よりも大きい場合には、ブロック８０４は、一実施形態では、次いで、アップリンク通信信号から信号対雑音比が計算されることを示す。信号Ｓの送信および／または受信が行われない場合は、雑音Ｎをアップリンク通信信号から測定することができる。信号対雑音比は、次の関係を使って計算される。
信号対雑音比＝ＲＳＳＩ／Ｎ    （式１７）
【００４４】
信号対雑音比が計算された後、ブロック８０５は、次いで、本発明の教示に従って、期待ビット誤り率（ＢＥＲ）を求めることができることを示している。一実施形態では、期待ＢＥＲが、前もって予測された値に基づいて求められる。この値は、例えば、ルックアップ・テーブルなどに記憶されている。特に、所与の信号対雑音比について、期待ＢＥＲを求めることができる。別の実施形態では、期待ＢＥＲが信号対雑音比の関数であり、したがって、それを信号対雑音比から導くことができる。
【００４５】
図８の流れ図を続けると、ブロック８０７は、本発明の一実施形態では、ＢＥＲも、受信したアップリンク通信信号から測定されることを示している。ブロック８０９は、一実施形態では、次いで、測定されたＢＥＲが期待ＢＥＲと比較されることを示している。一実施形態では、測定されたＢＥＲが期待ＢＥＲよりも、ＢＥＲしきい値の量だけ大きい場合には、図８のブロック８１１示すように、高混信環境の評価が選択される。そうでない場合には、図８のブロック８１３で示すように、低混信環境の評価が選択される。
【００４６】
要約に記載していることを含め、上記の詳細な説明では、本発明の方法および装置を、それらの特定の例示的実施形態を参照しながら説明してきた。しかし、本発明の広範な趣旨および範囲を逸脱することなく、それらに様々な修正および変更を施すことができることが明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、限定的なものとしてではなく、例示的なものとみるべきである。この説明および要約は、本発明を網羅することも、あるいは開示している形態の通りに限定することも目的とするものではない。
【００４７】
特許請求の範囲で使用している用語を、本明細書で開示している特定の実施形態に本発明を限定するものとして解釈してはならない。そうではなく、本発明の範囲は、もっぱら、確立されている請求項の解釈の原則に従って解釈されるべきものである、特許請求の範囲によって決定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の教示による基地局の一実施形態を示す構成図である。
【図２】
本発明の教示による、低クラッタ環境で動作する基地局の一実施形態を示す構成図である。
【図３】
本発明の教示による、高クラッタ／低混信環境で動作する基地局の一実施形態を示す構成図である。
【図４】
本発明の教示による、高クラッタ／高混信環境で動作する基地局の一実施形態を示す構成図である。
【図５】
本発明の教示による、低または高クラッタ環境を識別する方法の一実施形態を示す流れ図である。
【図６】
本発明の教示による、低または高クラッタ環境を識別する方法の別の実施形態を示す流れ図である。
【図７】
本発明の教示による、低または高混信環境を識別する方法の一実施形態を示す流れ図である。
【図８】
本発明の教示による、低または高混信環境を識別する方法の別の実施形態を示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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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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【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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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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