(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１キャリア上に定めた複数個の時間スロット上で遠隔通信局へバーストで通信信号を送信するよう動作する送信局で、前記少なくとも第１キャリア上に定めた少なくとも２つの連続する時間スロットの間にアンテナ・ビーム・パターンを形成するビーム形成装置において、前記ビーム形成装置は、
遠隔通信局が位置している場所の指示を受取るよう結合された割当て器であって、少なくとも２つの連続する時間スロットの第１時間スロット上で第１通信信号を送信するため第１遠隔通信局を割当て、前記少なくとも２つの連続する時間スロットの第２時間スロットの間に少なくとも第２通信信号を送信するため少なくとも第２遠隔通信局を割当て、前記第１及び前記第２遠隔通信局の各々は第１選択区域内に位置することが指示されている、割当て器と、
前記割当て器により行なわれた割当てに応答して動作するビーム形成器であって、前記少なくとも２つの連続する時間スロット上で、前記第１及び前記第２通信信号の各々の送信を可能とする第１及び第２アンテナ・ビーム・パターンを形成する、ビーム形成器と、
を含み、
前記第１及び前記第２アンテナ・ビーム・パターンの形成される各々の時間の少なくとも一部は、前記少なくとも２つの連続する時間スロットの時間内で互いに重なる、
ビーム形成装置。
【請求項２】
請求項１記載のビーム形成装置において、
前記送信局は複数個のキャリア上に定めた時間スロットの間に遠隔通信局の群へ通信信号を送信するよう動作し、前記遠隔通信局の群は、前記第１選択区域内に位置することが指示された前記第１及び前記第２遠隔通信局から形成された少なくとも第１組と、第２選択区域内に位置することが指示された少なくとも第３遠隔通信局とから形成され、
前記割当て器は第３通信信号を送信するため第２キャリア上に定めた少なくとも１つの時間スロットをさらに割当てるビーム形成装置。
【請求項３】
請求項１記載のビーム形成装置において、
前記遠隔通信局は移動端末を含み、前記割当て器は第１移動端末と少なくとも第２移動端末を割当て、前記割当て器は、少なくとも２つの連続する時間スロット上で、各々第１及び少なくとも第２通信信号を送信するため、どの移動端末が前記第１移動端末及び前記第２移動端末を形成するかを選択的に再割当てし、該再割当ては前記第１選択区域を越える前記第１及び前記第２移動端末の内の少なくとも１台の移動に応答して前記割当て器により選択的に行われるビーム形成装置。
【請求項４】
請求項１記載のビーム形成装置において、
前記遠隔通信局が位置している場所を決定する決定器をさらに含むビーム形成装置。
【請求項５】
請求項１記載のビーム形成装置において、
前記割当て器は、前記第１及び前記第２通信信号を送信すべき時間スロットを割当てるため実行可能な割当てアルゴリズムを有する処理装置を含むビーム形成装置。
【請求項６】
請求項１記載のビーム形成装置において、
前記送信局はセルラ通信システムの無線基地局を含み、前記遠隔通信局は移動端末を含み、
前記割当て器は前記第１時間スロットの間前記第１通信信号を受取るため第１移動端末を割当て、前記第２時間スロットの間前記第２通信信号を受取るため第２移動端末を割当てるビーム形成装置。
【請求項７】
請求項６記載のビーム形成装置において、
前記第１移動端末はさらにパケット・データを送信するよう動作可能であり、前記第１移動端末は前記第２時間スロットの間送信された前記第２通信信号に含まれる情報を利用して、以後の時間スロットの間にデータのパケットを送信するかどうか決定するビーム形成装置。
【請求項８】
少なくとも第１キャリア上に定めた複数個の時間スロット上で遠隔通信局へバーストで送信局の通信信号を送信する際に、少なくとも第１キャリア上に定めた少なくとも２つの連続する時間スロットの間にアンテナ・ビーム・パターンを形成する方法であって、前記方法は、
遠隔通信局が位置している場所の指示を検出する検出段階と、
前記検出段階時の、第１選択区域における第１及び第２遠隔通信局の場所の指示の検出に応答して、少なくとも２つの連続する時間スロットの内の第１時間スロットで第１通信信号を送信するため前記第１遠隔通信局を割当て、前記少なくとも２つの連続する時間スロットの内の少なくとも第２時間スロットの間に少なくとも第２通信信号を送信するため少なくとも前記第２遠隔通信局を割当てる、割当段階と、
前記少なくとも２つの連続する時間スロット上で、前記第１及び前記第２通信信号の各々の送信を可能とする第１及び第２アンテナ・ビーム・パターンを形成する形成段階と、
を含み、
前記第１及び前記第２アンテナ・ビーム・パターンの形成される各々の時間の少なくとも一部は、前記少なくとも２つの連続する時間スロットの時間内で互いに重なる、
方法。
【請求項９】
通信信号のバーストが複数個のキャリア上に定めた時間スロットの間に複数個の遠隔通信局へ送信され、時間スロット−キャリアの組合せがチャネルを定義し、時間スロットの群がフレームに形成される、TDMA（時分割多重アクセス）通信方式により動作する無線送信器の指向性ビーム発生装置において、前記装置は、
複数個の遠隔通信局が位置している場所の指示を受取るよう結合されたチャネル割当て器であって、複数個の遠隔通信局の内の割当てられたものへ通信信号のバーストを送信するチャネルを割当て、選択区域内にあるものと指示された遠隔通信局に送信されるべき通信信号が少なくとも選択フレームの間の単一キャリア上に定めた時間スロットから形成されるチャネルに割当てられるよう、前記割当て器によるチャネルの割当ては複数個の遠隔通信局の位置の指示に応答する、チャネル割当て器と、
遠隔通信局へ送信されるべき通信信号を受取るよう選択的に結合され、前記チャネル割当て器により行なわれた割当ての指示を受取るよう結合されたビーム形成器であって、指向性アンテナ・ビーム・パターンを形成し、これにより複数個の遠隔通信局の内の割当てたものへ前記割当て器により割当てたチャネル上で通信信号の送信を可能とする、ビーム形成器と、
を含み、
前記割当て器は、少なくとも、第１遠隔通信局に第１通信信号を送信するため前記単一キャリア上に定められる時間スロットにより形成される第１チャネルと、前記第１チャネルを形成する前記時間スロットに隣接する時間スロットにより形成される第２チャネルと、を割当て、該第２チャネルは前記第１遠隔通信局に前記第１通信信号を送信するためのものであり、
前記ビーム形成器は、前記第１チャネルを形成している時間スロットの間は第１電力レベルで、前記第２チャネルを形成している時間スロットの間は前記第１電力レベルより低減された第２電力レベルで、第１アンテナ・ビーム・パターンを形成し、前記第２チャネルを形成している時間スロットの間は第３電力レベルで、前記第１チャネルを形成している時間スロットの間は前記第３電力レベルより低減された第４電力レベルで、第２アンテナ・ビーム・パターンを形成する、
指向性ビーム発生装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は一般に、TDMA（時分割多重アクセス）通信方式に従って動作するセルラ通信システムのような、複数ユーザ通信システムの通信局での指向性アンテナ・ビーム・パターンの発生に関係する。特に、本発明は送信局のビーム形成装置と関連方法に関係する。
指向性アンテナ・ビーム・パターンは、TDMA通信方式で定めた選択時間スロットの間に選択通信局による通信信号の通信を容易にする方法で形成される。しかし、指向性アンテナ・ビーム・パターンは、選択時間スロットの間に選択遠隔通信局へ送信局により送信された通信信号を他の遠隔通信局が検出可能とする方法で形成される。
例えばセルラ通信システムの無線基地局で実施されると、指向性アンテナ・ビーム・パターンは、選択移動端末へ通信信号を少なくとも送信するためキャリア上に定めた連続時間スロットの間に形成される。アンテナ・ビーム・パターンは、他の移動端末と通信する通信信号との相互干渉を減少するのみならず、選択移動端末へ送信される通信信号の一部を他の移動端末が利用することを可能とする構成となるよう形成される。
発明の背景
送信局と受信局との間で情報を通信するためディジタル通信技術の利用は近年ますます一般的となってきている。セルラ通信システムのような無線通信システムは、ディジタル通信技術をますます利用するよう構成されている通信システムの一例である。
ディジタル通信技術を利用して通信信号を形成する時、情報信号はディジタル化され、キャリア上で変調される。情報信号はディジタル化されるため、これから形成される通信信号は送信局により通信チャネル上で離散化バーストで送信可能である。通信信号を受信局で受信する時、バーストは互いに連結されて、通信信号を再構築する。
通信信号は離散化バーストで送信可能なため、単一キャリアを使用して２つ以上の通信信号を送信可能である。時間スロットをキャリア上に定義し、時間スロットの群をフレームにフォーマットする。チャネルはキャリア上に定めた特定の時間スロットから形成される。キャリア上に定めた時間スロットの間に通信信号のバーストを通信するための２つ以上のキャリアが利用可能な場合、多重化した時間スロットがキャリア上に定義され、チャネルは時間スロット−キャリア組合せとして定義される。
移動通信用のグローバル・システム（GSM）の動作基準に従って構成されたセルラ通信システムが、時間スロットがキャリア上に定義され２つ以上のチャネルが単一のキャリア上に定義される通信システムの例である。米国ディジタルセルラ（USDC）又は太平洋ディジタル・セルラ（PDC）基準の動作基準に従って構成されたシステムも、単一のキャリア上に２つ以上のチャネルが定義される通信システムの例である。
セルラ通信システムのネットワーク基幹施設の無線基地局は、基地局と無線基地局の近傍に位置する移動端末との間の通信信号を変換するアクティブ・アンテナ装置を含む。従来、無線基地局のアンテナ装置は全方向性アンテナ又はセクタ・アンテナから形成される。セクタ・アンテナは、１２０°セクタのカバレッジのような放射区域のカバレッジに関して時々定義される。
従来のアンテナ装置により形成されるアンテナ・ビーム・パターンは一般的に静的特性である。すなわち、アンテナ・ビーム・パターンの構成は一般的に変化しない。全方向性アンテナ装置は、例えば、全方向性、すなわちこれによりダウンリンク送信用の円形アンテナ・ビーム・パターン、すなわちこれによりダウンリンク送信を伝搬しアップリンク送信を検出する円形アンテナ・ビーム・パターンを発生する。セクタ・アンテナ装置はセクタ化カバレッジ区域を介して同様に動作する。通信信号を通信している移動端末の位置を決定する方法が開発されている。指向性アンテナ・ビーム・パターンを形成するアンテナ装置を利用し、移動端末の位置の情報を利用してアンテナ・ビーム・パターンの構成を選択する提案がなされてきた。
指向性アンテナ・ビーム・パターンは、他の区域を除外し移動端末が位置する区域を取り巻くように選択可能である。このようにして細長いローブを含むアンテナ・ビーム・パターンを形成することにより、セルラ通信システムの通信品質が改良可能である。
指向性アンテナ・ビーム・パターンを形成することにより、移動端末へ無線基地局により通信されるダウンリンク送信のパワーが移動端末へ向けられる。これにより無線基地局の送信範囲が増大し、ダウンリンク送信の通信がセルラ通信システムの他の通信と干渉する可能性が減少する。同様に、アンテナ・ビーム・パターンの指向性は、アップリンク・チャネルで無線基地局により受信されるアップリンク送信の干渉のレベルを減少する。アップリンク・チャネルの感度もそれ故改善される。
このような指向性アンテナ装置の使用により、セルラ通信システムの通信能力も増大可能である。前記指向性アンテナ装置の使用により可能となった干渉レベルの減少はこのような通信容量の増加を可能とする。干渉のレベルは、セルラ通信システムでどのチャネルが再使用可能であるかという比率を定義するチャネル再使用パターンで一般的に決定される。干渉のレベルが減少するため、チャネルがより頻繁に再使用されるチャネル再使用パターンが形成可能である。または、チャネル再使用パターンが不変のままである場合、通信リンクの品質が強化される。このような強化は、例えば、無線基地局と移動端末との間の通信のデータ又は音声品質を増大する。
形成可能なアンテナ・ビーム・パターンの指向特性のため、２台以上の移動端末が単一カバレッジ内の単一トラヒック・チャネル上での通信を可能とすることにより容量も増大可能で、あるアンテナ・ビーム・パターンを利用している第１移動端末と第２の重なり合わないアンテナ・ビーム・パターンを利用している第２の移動端末ににより通信が実現可能である。すなわち、２つ以上のアンテナ・ビーム・パターンを形成して異なる方向に延長し、セル内の異なる位置にいる移動端末との通信を可能に出来る。従来の通信システムに対して２重のまたはそれ以上の通信容量の増大がこのような方式で可能となる。
指向性アンテナ・ビーム・パターンを発生可能なアンテナ装置の利用の提案は、通信システムの干渉レベルを有効に減少できるが、ある場合にはセルラ・システム基準は、通信信号の通信が指向されている移動端末以外の移動端末によっても無線基地局により発生される信号エネルギが検出可能であることを必要としている。すなわち、ある種のセルラ通信システムの基準は、他の移動端末へ通信されるダウンリンク送信から移動端末が情報を抽出可能とすることを要求している。
例えば、あるセルラ通信システムでは、通信信号がアクティブな移動端末と通信していない場合でさえもダウンリンク・キャリアでエネルギが送信される必要性がある。移動端末による信号エネルギの検出は、複雑度の減少を容易にし、移動端末が通信システムで同期を取るのを容易にし、かつ移動端末がダウンリンク信号を追跡することを容易にする。
また、IS-136基準に従って構成されたセルラ通信システムでは、移動端末は他の移動端末と通信する通信信号のトレーニング・シーケンスとカラー・コードを利用可能でなければならない。前記の情報は移動端末により利用されて、移動端末のイコライザ回路の機能を強化する。加えて、キャリア上のスロットの１つがアクティブである場合、アクティブでない時間スロットで電力制御は許可されない、すなわち、IS-136基準に従って構成された通信システムにおいて時間スロット単位では電力制御は許されていない。
PDC（太平洋ディジタル・セルラ）通信システムでは、移動端末は２分岐ダイバーシティ・アンテナを含む。これに向けられたダウンリンク送信を受信する時に利用するアンテナ分岐の選択は、他の移動端末へ送信される信号の信号強度の測定に応答して行なわれる。PDCでは、これに向けられたダウンリンク送信を受信するため移動端末に割当てられたチャネル以外のキャリア上に定めたチャネルの最大電力レベル減少を基準仕様は記述している。
また、例えば、GPRS（General Packet Radio Service、汎用パケット無線サービス）を提供するGSM通信システムでは、移動端末は他の移動端末へ送信される情報も検出可能でなければならない。すなわち、無線基地局により送信されるアップリンク状態フラグが移動端末により検出可能でなければならない。
各種のセルラ通信システムの動作基準に記述した要求を満足させるため、指向性アンテナ装置を利用する無線基地局は、ダウンリンク送信が向けられている移動端末以外の移動端末によっても適切な情報が検出可能となるような方法で動作されなければならない。
通信信号を変換するアンテナ装置に関連するこの背景情報を考慮して、本発明の著しい改良が考案された。
発明の要旨
従って、本発明は送信局のビーム形成装置と関連方法を有利に提供する。通信を実施すべき遠隔通信局の位置の指示を用いてアンテナ・ビーム・パターンの構成を選択する。指向性アンテナ・ビーム・パターンを形成して、TDMA通信方式により定めた選択時間スロットの間に送信局と遠隔通信局との間の通信信号の通信を容易にする。指向性アンテナ・ビーム・パターンはまた送信局により送信される通信信号の一部の他の遠隔通信局による検出を容易にする方法で形成される。
例えば、TDMA通信方式を利用したセルラ通信システムの無線基地局で動作する時、選択移動端末への通信信号の送信を少なくとも可能とするキャリア上に定めた連続する時間スロットの間に指向性アンテナ・ビーム・パターンが形成される。アンテナ・ビーム・パターンは指向性であるため、無線基地局による選択移動端末へのダウンリンク送信の通信は、ほかの移動端末との通信に悪影響を与える干渉を生じさせることが少ない。そして、アンテナ・ビーム・パターンの指向特性のため、選択移動端末により発生されたアップリンク送信は干渉の発生レベルが少なくなって無線基地局により受信される。しかし、無線基地局によるダウンリンク送信の他の移動端末による検出も容易にする方法で、無線基地局と移動端末との間の通信信号の通信にチャネルが割当てられる。
本発明の実施例の動作時に形成されるアンテナ・ビーム・パターンの適切な選択は、各種のセルラ通信システムが構成される基準仕様書に記述される無線基地局の動作要求を可能にし、かつ指向性アンテナ・ビーム・パターンの使用により与えられる利点を提供する。選択移動端末との通信を実施するよう形成されたアンテナ・ビーム・パターンはまた、他の移動端末が選択移動端末へのダウンリンク送信から情報を抽出することを可能とする。
本発明のある面では、TDMA通信方式により動作する無線送信器は、無線送信器と選択遠隔通信局との間の通信信号の通信を容易にするアンテナ・ビーム・パターンを形成する指向性ビーム発生装置を含む。TDMA通信方式では、複数個のキャリア上で定めた時間スロットの間に通信信号のバーストが送信される。時間スロット−キヤリア組合せは、キャリア上の時間スロットの群がフレームにフォーマットされるような通信方式でチャネルを定義する。遠隔通信局の少なくとも選択したものの位置が無線送信器で決定され、又は与えられる。
チャネル割当て器は選択遠隔通信局が位置している場所の指示を受信する。これに応答して、チャネル割当て器は選択遠隔通信局への通信信号のバーストを送信するためのチャネルを割当てる。チャネル割当て器により行なわれる割当ては、選択区域内であると指示された遠隔通信局に送信されるべき通信信号が少なくとも選択フレームの間の単一キャリア上に定めた時間スロットから形成されるチャネルに割当てられるように実行される。
チャネル割当て器により行なわれたチャネル割当てと遠隔通信局に送信されるべき通信信号はビーム形成器に選択的に与えられる。ビーム形成器は、選択遠隔通信局への割当て器により割当てられたチャネル上で通信信号の送信を可能とする指向性アンテナ・ビーム・パターンを形成する。
このようなチャネルの割当ては、信号エネルギを送信する空間区域の最小化を可能とする。選択指向区域に位置する移動端末との通信を実施するための割当てチャネルを形成するため単一キャリア上に定めた時間スロットから形成されるチャネルを割当てることにより、フレーム中に発生された信号エネルギは特定の区域で最大化されそれ以外で最小化される。選択区域内のその各々の元の位置を越えた移動端末の移動の指示に応答して割当てチャネルの再割当てが選択的に行なわれる。
本発明の別の面では、アンテナ・ビーム・パターンを形成する時間は、割当てチャネルを形成する時間スロットの時間より幾分大きい。それ故連続するチャネル上に形成されるアンテナ・ビーム・パターンの、時間的な重なりが発生する。アンテナ・ビーム・パターンのこのような重なりは、チャネルを割当てた通信局以外の遠隔通信局による無線送信器による発生された信号エネルギの検出を容易にする。すなわち、ビーム形成器により形成されたアンテナ・ビーム・パターンは時間スロットの時間に正確に対応した時間にオン又はオフされない。１つの時間スロット時に定めたチャネルに割当てられた遠隔通信局は、隣接する時間スロット上に定めたチャネル上の他の遠隔通信局へ送信された通信信号から情報を抽出可能である。
本発明の別の面では、選択遠隔通信局との通信を実施すべき時にチャネル上の通信を容易にするためアンテナ・ビーム・パターンが高電力レベルで形成される。他の時には、アンテナ・ビーム・パターンは減少した電力レベルで形成される。アンテナ・ビーム・パターンの和から形成される１本のアンテナ・ビーム・パターンは、選択した時間スロットの間に通信を実施すべき通信局以外の遠隔通信局が、他の遠隔通信局へ送信された通信信号から情報を抽出することを可能とする。
これらの及び他の面で、ビーム形成装置と関連方法が送信局に提供される。送信局は、少なくとも第１キャリア上に定めた複数個の時間スロット上で遠隔通信局へバーストの通信信号を送信するよう動作する。少なくとも第１キャリア上に定めた少なくとも２つの連続する時間スロットの間でアンテナ・ビーム・パターンが形成される。割当て器は、遠隔通信局が位置する場所の指示を受取るよう結合される。割当て器は、少なくとも２つの連続時間スロットの内の第１時間スロット上で第１通信信号を送信するため第１遠隔通信局を割り当てる。割当て器は少なくとも２つの連続時間スロットの内の少なくとも第２時間スロットの間に少なくとも第２通信信号を送信するため少なくとも第２遠隔通信局を割当てる。第１及び少なくとも第２遠隔通信局は第１選択区域内に位置することが指示される。ビーム形成器は割当て器により行なわれた割当てに応答して動作する。ビーム形成器は、第１及び少なくとも第２遠隔通信局への少なくとも２つの連続時間スロット上で第１及び少なくとも第２通信信号の送信を可能とするアンテナ・ビーム・パターンを形成する。
本発明のより完全な認識とその範囲は、以下に簡単に要約した添付図面、本発明の現在望ましい実施例の以下の詳細な説明、及び添付の請求の範囲から得られる。
【図面の簡単な説明】
図１は、通信局との間の通信を実施するため通信信号のバーストが送信可能なチャネルをキャリア上に定めた時間スロットの群が形成する例示TDMA通信方式を図示する。
図２は、無線基地局と遠隔に位置する移動端末との間での通信を容易にするため指向性アンテナ・ビーム・パターンが形成される図１に示したTDMA通信方式の３つの時間スロットの間のセルラ通信システムの一部の例示動作を図示する。
図３は本発明の実施例の例示動作を図示する。
図４は本発明の他の実施例によるセルラ通信システムの一部の例示動作を図示する。
図５は本発明の他の実施例によるセルラ通信システムの一部の図４に示した動作と同様の、例示動作を図示する。
図６は図２、図３、図４及び図５に示した無線基地局の一部をここで形成する、本発明の実施例の装置の機能ブロック線図を図示する。
図７は本発明の実施例によるセルラ通信システムの一部の、図３−図５に示した動作と同様の、例示動作を図示する。
図８は本発明の実施例に従って動作する移動端末の状態スケジューリングを図示する。
図９は本発明の実施例の方法の方法段階を図示する方法流れ図を図示する。
詳細な説明
まず図１を参照すると、全体を１０で示す例示TDMA（時分割多重アクセス）通信方式は、複数ユーザ通信システムの送受信局間で複数の通信信号が通信されることを可能とする。図面に示した通信方式１０は、ｎ個のキャリアが周波数分割多重化方式で定められている周波数帯域上で定義される。キャリアは図面では記号ｆ1…ｆnにより指示される。各キャリアｆ1-ｆnは選択した時間間隔の時間スロット１２に分割される。時間スロット１２の群が時間スロットのフレーム１４にフォーマットされる。図面に図示した例示方式１０では、各フレーム１４は３つの時間スロット１２から形成される。図面は２キャリア、キャリアｆ1とｆn、上の単一フレーム１４を図示しているが、フレーム１４を形成する時間スロット１２の連続する群がキャリアｆ1−ｆnの各々に定義される。
チャネルは時間スロット−キャリア組合せから形成される。通信信号のバーストは連続するフレーム１４の選択したものの間のチャネル上で送信される。回線交換データの送信時には、バーストは、必ずしも必要ではないが標準的には隣接するフレーム群上で送信される。そして、GPRS（General Packet Radio Service、汎用パケット無線サービス）データの送信時には、バーストは非同期的に送信される。受信局で受信する時、通信信号のバーストは必要に応じて互いに連結され、送信局により発生された通信信号を再生する。
GSM通信システムのような、TDMA通信方式を利用する従来のセルラ通信システムでは、選択した移動端末へ無線基地局により発生されたダウンリンク送信用にキャリアの組が割当てられる。別々のチャネルが割当てられて選択した移動端末の各々へ通信信号を送信する。例えば、図面に図示した例示方式１０では、キャリアｆ1−ｆnの各々の上で３つのチャネルが定義されているため、単一キャリア上に定めたチャネル上で３台までの携帯端末とのダウンリンク送信が実施可能である。
従来、無線基地局は全方向性又はセクタ・アンテナを利用している。このようなアンテナ装置により形成されるアンテナ・ビーム・パターンは、ダウンリンク送信を通信すべき移動端末が位置している位置にかかわらず、同じ特性を有している。上述したように、移動端末が位置している場所の決定に応答して、指向性アンテナ・ビーム・パターンを発生するアンテナ装置を利用するいくつかの提案が示されている。指向性アンテナ・ビーム・パターンの利用は干渉のレベルを減少し、これにより通信品質を向上させ、また指向性アンテナ・ビーム・パターンを利用する通信システムの通信容量の増大を可能とする。しかし、既存のセルラ通信システムは、そこで動作している移動端末が自身に向けられた通信信号以外の通信信号を利用することも時折必要としている。
本発明の実施例は、他の移動端末が選択した移動端末へ送信された通信信号から情報を抽出することを可能とする方法を提供しつつ、無線通信システムで指向性アンテナ・ビーム・パターンを通信し利用する利点を与える方法を提供する。
図２は、TDMA通信方式を利用するセルラ通信システムでビーム形成技術を利用する例示方法を図示する。この図面は、無線基地局１８によるダウンリンク信号の送信を容易にするため又は送信されたアップリンク信号を受信するために形成された３時間スロット１２の間でのアンテナ・ビーム・パターンの発生を図示する。基地局１８は、異なる時間スロット１２上に定めた異なるチャネル上のセルラ通信システムで動作する複数個の移動端末と基地局１８との間で通信信号を通信するため指向性アンテナ・ビームを形成可能なアンテナ装置を含む。
図２と以後の図面では、回線交換又はパケット・データのどちらかであるダウンリンク送信が無線基地局１８により移動端末の内の選択したものへと通信されるダウンリンク・チャネルに関して説明するが、無線基地局１８へ移動端末で発生されたアップリンク信号の送信も同様に記述および表示可能である。特に、図２と共に以後の図面に示す本発明の実施例の動作は、TDMA通信方式を利用する他の複数ユーザ通信システムも表している。
第１時間スロット１２は無線基地局１８のアンテナ装置により形成されたアンテナ・ビーム・パターン２２を図示し、移動端末２４との通信を実施する。図示するように、アンテナ・ビーム・パターン２２は移動端末２４が位置する場所を取り囲む細長いローブを形成する。アンテナ・ビーム・パターン２２の指向特性のため、アンテナ・ビーム・パターンを越えた信号エネルギのレベルは減少する。従って、移動端末２６や２８のような他の移動端末との通信では発生する干渉レベルは減少する。さらに、移動端末３２のようなそれ以外のところに位置する移動端末との通信には無視可能な量の干渉のみが発生する。
第２時間スロット１２は、移動端末２８とのダウンリンク送信を通信すべき時に無線基地局１８のアンテナ装置により発生されるアンテナ・ビーム・パターン３４を図示する。再び、アンテナ・ビーム・パターン３４は、ここでは移動端末２８が位置する場所を取り囲む細長いローブを含む。アンテナ・ビーム・パターン３４を越えて発生する干渉量は減少し、アンテナ・ビーム・パターン３４の長手方向に対向する方向に位置する移動端末３２のような、それ以外の端末には、移動端末２８へのダウンリンク通信の結果として無視可能な干渉量のみが発生する。
第３時間スロット１２は、移動端末２６とのダウンリンク送信を通信すべき時に無線基地局１８のアンテナ装置により発生されるアンテナ・ビーム・パターン３６を図示する。再び、アンテナ・ビーム・パターン３６は、移動端末２６が位置する場所を取り囲む細長いローブを含む。アンテナ・ビーム・パターン３６を越えて発生するダウンリンク通信の信号エネルギのレベルはアンテナ・ビーム・パターン３６内の信号エネルギ・レベルより著しく少ない。さらに、アンテナ・ビーム・パターン３６が延びる方向以外の方向には、無視可能な信号エネルギの量のみが発生する。
図３は、本発明の実施例が動作可能である全体を３６で示すセルラ通信システムの一部を図示する。図示するように、通信システム３６は複数個のセル３８を含む。各セル３８は無線基地局１８のカバレッジ区域により定義される。無線基地局１８の内の１つにより形成される指向性ビーム・パターンも図面に図示される。図示の都合上、アンテナ・ビーム・パターン２２は細長く、２つ以上のセル３８を取り囲む。しかし、重要なことは、３台の移動端末、移動端末２４−Ａ、２４−Ｂ、２４−Ｃの位置である。これらの移動端末はアンテナ・ビーム・パターン２２のカバレッジ区域内に位置する。
本発明の実施例の動作中、アンテナ・ビーム・パターン２２を形成する無線基地局１８と無線基地局により取り囲まれたセル３８内に位置する移動端末との間で通信信号を通信するようチャネルが割当てられた時、移動端末が位置する場所の指示はチャネル割当てを決定する。
チャネルを割当てる時、同じ又は同様の方向区域に位置する移動端末は同じキャリア上のチャネルを割当てられる。図３に図示するように、移動端末２４−Ａ、２４−Ｂ、２４−Ｃと通信すべき通信ダウンリンク送信は同じキャリア上に定めたチャネル、すなわち連続する時間スロット上に形成されたチャネル、ここでは互いに隣接しているチャネルに割当てられる。他の移動端末と通信すべき通信ダウンリンク送信は他のキャリア上のチャネルに割当てられる。従って、信号エネルギが送信される空間区域は最小化される。
チャネル割当ての再割当ては選択した方向区域への移動端末の移動に応答して選択した間隔で行なわれる。
この図面はさらに図解の都合上拡大したアンテナ・ビーム・パターン４０をさらに図示する。アンテナ・ビーム・パターン４０は無線基地局と受信局に従来位置する、従来の１２０度セクタ・アンテナである。必要なら、本発明の実施例の動作時に、時間スロットが移動端末２４−Ａ、２４−Ｂ、２４−Ｃに割当てられているものと同じキャリア上の時間スロットに移動端末を割当てなければならない場合、無線基地局１８により形成されるアンテナ・ビーム・パターンも変更して、必要に応じて、アンテナ・ビーム・パターン４０により取り囲まれる放射状区域まで放射区域を取り囲み、単一のキャリア上で全ての移動端末に割当てた時間スロットが隣接する時間スロット情報を抽出出来ることを保証する。
図４はチャネルが時間スロット１２に割当てられて、無線基地局１８により発生させられた移動端末２４、２６、２８へのダウンリンク通信の通信を実施する本発明の他の実施例の動作を図示する。第１時間スロットの間、アンテナ・ビーム・パターン２２が形成されて移動端末２４へのダウンリンク送信の通信を実施する。ここでは、第１時間スロットはさらに転移期間４２を形成する。転移期間４２の間、無線基地局１８のアンテナ装置によるアンテナ・ビーム・パターン２２に形成に加えて、アンテナ・ビーム・パターン３６も形成される。転移期間４２の間移動端末２４と移動端末２６の両方へのダウンリンク送信の通信が実施される。転移期間４２以後、アンテナ・ビーム・パターン３６はもはや形成されず、アンテナ・ビーム・パターン２２のみが形成される。
同様に、第２時間スロット１２の間に、アンテナ・ビーム・パターン３４が無線基地局１８のアンテナ装置により再び形成される。アンテナ・ビーム・パターン３４は移動端末２８へのダウンリンク送信の通信の実施を可能とする。第２時間スロット１２上に定めたチャネルはさらに転移期間４４を含む。転移期間４４の間、無線基地局１８のアンテナ装置はアンテナ・ビーム・パターン２２も形成する。第２時間スロット１２の間移動端末２８へ通信されるダウンリンク送信は又転移期間４の間移動端末２４へも通信される。転移期間４４以後、アンテナ・ビーム・パターン４４は形成されず、アンテナ・ビーム・パターン３４のみが形成される。
そして、第３時間スロット１２の間、アンテナ・ビーム・パターン３６が再び無線基地局１８のアンテナ装置により形成される。アンテナ・ビーム・パターン３６に形成により移動端末２６へのダウンリンク送信の通信が可能となる。ここでは転移期間４６である転移期間が第３時間スロット１２の一部で形成される。転移期間４６の間、無線基地局１８のアンテナ装置によりアンテナ・ビーム・パターン３４も形成される。移動端末２６へ通信すべき基地局１８で発生されたダウンリンク送信を形成する通信信号は移動端末２８にも通信される。転移期間４６以後は、アンテナ・ビーム・パターン３４はもはや形成されず、アンテナ・ビーム・パターン３６のみが形成される。
各転移期間４２、４４および４６の間、２台の移動端末へのダウンリンク送信の通信を可能とするアンテナ・ビーム・パターンが形成される。このような転移期間の間、チャネルが割当てられた移動端末のみならず、ダウンリンク送信用に隣接するチャネルが割当てられた移動端末にもダウンリンク送信が通信される。すなわち、第１時間スロット１２の間、移動端末２４に加えて、ダウンリンク送信をそうでなければ意図していない移動端末２６へダウンリンク送信を通信する。第２時間スロット１２の間、移動端末２８に加えて、移動端末２４にもダウンリンク送信が通信される。そして、第３時間スロット１２の間、移動端末２６に加えて移動端末２８にダウンリンク送信が通信される。
転移期間４２、４４および４６の間のアンテナ・ビーム・パターンの部分的重なり合いのため、他の移動端末へ通信するよう意図したダウンリンク送信から移動端末は情報を抽出可能である。これにより、その動作を容易にするため他の移動端末へ送信された通信信号からの情報の抽出を必要とする移動端末の動作が可能となる。
図５は、選択した移動端末、ここでは移動端末２２、２６および２８へ無線基地局１８で発生したダウンリンク送信を通信するための本発明の他の実施例の動作を図示する。この実施例では、指向性アンテナ・ビーム・パターンが無線基地局１８に位置するアンテナ装置により再び形成される。
図３及び図４に図示した実施例の動作と同様に、図５は、移動端末２２、移動端末２８、そして移動端末２６へダウンリンク送信を通信するためチャネルが連続的に割当てられている時間スロット１２を図示する。
第１時間スロット１２の間、チャネルが割当てられて移動端末２２へのダウンリンク送信の通信が可能となる。無線基地局１８のアンテナ装置は、移動端末２４が位置する場所の指示に応答してアンテナ・ビーム・パターン２２を形成する。アンテナ・ビーム・パターン２２は第１時間スロット１２の実質的に全期間の間形成される。第１時間スロット１２の間アンテナ・ビーム・パターン２２が形成されるアクティブ電力レベルは、高アクティブ電力レベルである。
無線基地局１８のアンテナ装置は、移動端末２４、２６および２８が位置している選択区域を通して減少した電力レベルのアンテナ・ビーム・パターンをさらに発生する。減少したアクティブ電力レベルのアンテナ・ビーム・パターンは図面ではアンテナ・ビーム・パターン５２により表される。アンテナ・ビーム・パターン５２は例えば、アンテナ・ビーム・パターン３４と３６（図３と図４とに図示）と同様の指向性アンテナ・ビーム・パターンであるが、電力レベルを減少し、それと共に「充填」アンテナ・ビーム電力を発生することにより形成されて、アンテナ・ビーム・パターン５２の構成を形成する。移動端末２４へ無線基地局１８により通信されるダウンリンク送信もアンテナ・ビーム・パターン５２により取り囲まれる区域を通して送信される。従って、移動端末２４へのダウンリンク送信の情報は移動端末２６と２８によって抽出可能である。
同様に、無線基地局１８のアンテナ装置はアンテナ・ビーム・パターン３４を形成して、第２時間スロット１２上に定めたチャネル上で移動端末２８へのダウンリンク送信の通信を可能とする。アンテナ・ビーム・パターン３４を形成するアクティブ電力レベルは高電力レベルである。このアンテナ装置は減少した電力レベルのアンテナ・ビーム・パターン５４をさらに形成する。アンテナ・ビーム・パターン３４を形成した電力レベルに対して、電力レベルは、例えば８ｄＢだけ減少している。移動端末２８に通信されるべきダウンリンク送信はアンテナ・ビーム・パターン５４により取り囲まれる区域中に放送される。これにより、移動端末２４と２６はダウンリンク送信から情報を抽出可能である。
さらに、第３時間スロット１２上に定めたチャネル中に、無線基地局１８のアンテナ装置はアンテナ・ビーム・パターン３６を形成して、移動端末２６へのダウンリンク送信の通信を可能とする。アンテナ・ビーム・パターン３６は高アクティブ電力レベルである。アンテナ装置は又、アンテナ・ビーム・パターン３６を形成する電力レベルより再び、例えば８ｄＢのレベルだけ低い電力レベルのアンテナ・ビーム・パターン５６も形成する。アンテナ・ビーム・パターン５６はまた、アクティブな充填電力と共に指向性アンテナ・ビーム・パターン２２と３４の発生により形成してもよい。移動端末２６へ通信されるダウンリンク送信はアンテナ・ビーム・パターン５６により取り囲まれる区域中にも放送される。これにより、移動端末２４と２８もこのようなダウンリンク送信から情報を抽出可能である。
図６は、本発明の実施例の６２で示すアンテナ装置と共に図２−図５で以上に示した無線基地局１８の一部を図示する。基地局１８の送信器６４と受信器部分６６は図面では単一のブロックとして図示されている。送信器６４部分は、複数個の移動端末へ複数個のチャネル上でダウンリンク送信を送信する送信器要素を表す。送信器６４部分は従来の方法でBSC（基地局コントローラ）のようなPLMN（Public Land Mobile Network、公衆陸上移動ネットワーク）の他の部分に結合される。
基地局１８の受信器６６部分は同様に複数個の移動端末から複数個のチャネル上で受信したアップリンク送信を受信可能な受信器回路を表す。受信器６６部分も従来の方法でBSCのようなPLMNの他の部分に結合される。
アンテナ装置６２は、各々送信器及び受信器部分６４、６６によりダウンリンク及びアップリンク送信が通信されるチャネルを割当てて動作する。チャネルの割当てに加えて、アンテナ装置６２は図３−図５に動作を図示した実施例に示すようなアンテナ・ビーム・パターンを形成する。
アンテナ装置６２は受信器６６部分に結合した位置決定器６８を含む。位置決定器６８は線路７２上の受信器６６部分により受信した信号の指示に応答して動作する。位置決定器６８は無線基地局１８に対して移動端末が位置している場所を決定するよう動作する。一実施例では、位置決定器６８は無線基地局に対して移動端末が位置している放射方向を決定する。
移動端末が位置している場所の指示は線路７６を介して割当て器７４に与えられる。チャネル割当て器７４は、無線基地局１８と選択した移動端末との間の通信が実施されるチャネルを割当てるよう動作する。図２に図示した実施例の動作を参照すると、割当て器は選択区域内で選択移動端末の位置決めに応答してダウンリンク及びアップリンク送信を通信すべきチャネルを割当てる。チャネル割当て器は、位置決定器６８により決定されるような、選択区域内に位置する移動端末との通信用のチャネルを割当てる。
図４と図５に動作が表される実施例に関しては、割当て器７４は、選択区域内に位置するものと位置決定器６８により決定された移動端末との通信用の単一キャリア上にチャネルを割当てるよう同様に動作する。他の選択区域内に位置すると決定された他の移動端末も同様に他のキャリア上にチャネルを割当てられる。
ビーム形成器８２は線路８４によりチャネル割当て器７４に結合される。チャネル割当て器はビーム形成器８２にそれに割当てられたチャネル指示を与える。ビーム形成器８２は、与えられた指示に応答して動作して、図３、図４および図５に関連して前述した方法でアンテナ・ビーム・パターンを形成する。
実施例では、アンテナ要素８６がその代表である、複数個のアンテナ要素を有するバトラ（Butler）マトリクスのようなアンテナ・マトリクスからビーム形成器８２は形成される。ビーム形成器８２はさらに送信器６４部分と受信器６６部分に結合されて、選択した移動端末と通信すべきダウンリンク送信を受取り、受取ったアップリンク送信を受信器６６部分に与える。
上記図３−図５に関連して説明したように、ビーム形成器８２は指向性アンテナ・ビーム・パターンを形成して選択した移動端末と無線基地局１８との間の通信の実施を容易にする。アンテナ装置６２の動作により、無線基地局により通信されるダウンリンク送信の他の移動端末による抽出も容易にする方法でアンテナ・ビーム・パターンが形成される。
図７は、ダウンリンク送信を選択した移動端末と通信する本発明の実施例の動作を図示する。図示実施例は図４に関連して記述するものと同様である。そして、再び、第１、第２および第３時間スロット１２は夫々転移期間４２、４４および４６をその上に定義する。
図７は、無線基地局１８とそのアンテナ装置により形成されるアンテナ・ビーム・パターン２２および３４を図示し、夫々移動端末２４および２８へのダウンリンク送信の通信を実施する。
図面の上部は移動端末２４および２８へのダウンリンク送信の電力レベルを図式的に表現する。
転移期間４２の間、移動端末２８はアイドル・モードで、移動端末２８には信号エネルギは送信されない。しかし、送信期間４２の間、移動端末２４はアクティブ・モードで、アクティブ電力レベルの信号エネルギが移動端末２４に送信される。同様に、第１時間スロット１２上に定めたチャネルの残りの部分では、移動端末２８はアイドル・モードに留まり、信号エネルギは送信されない。しかし、移動端末２４はアクティブ・モードで、アクティブ電力レベルの信号エネルギがそこに送信される。
第２時間スロット１２に定めたチャネルの間、移動端末２８はアクティブ・モードで、移動端末２８にはアクティブ電力レベルの信号エネルギが送信される。転移期間４４の間、移動端末２４は情報モードで、移動端末２８へ通信されるダウンリンク送信の情報を抽出する。情報電力レベルの信号エネルギが移動端末２４へ通信される。転移期間４４の後、移動端末２４はアイドル状態に復帰し、信号エネルギは移動端末２４には送信されない。
第３時間スロット１２に定めたチャネルの間、移動端末２４も移動端末２８もアクティブ・モードではない。しかし、転移期間４６の間、移動端末２８は情報モードで、情報電力レベルの信号エネルギが移動端末２８に送信される。転移期間４６の後、移動端末２８はアイドル・モードに復帰し、信号エネルギはそこには送信されない。第３時間スロット１２の全期間の間、移動端末２４はアイドル・モードで、無線基地局１８により信号エネルギはそこには送信されない。
図８は、前述したように、３つの時間スロット１２に分割されたキャリアに同調した移動端末の状態を指示する移動器状態スケジューリング・チャートを図示する。移動端末は３つの状態、アイドル状態、アクティブ状態および情報状態の内の１つになる。アクティブ状態では、所要の指定データが移動端末へのダウンリンク送信として通信される。情報状態では、移動端末は他の移動端末と通信するダウンリンク送信から情報を抽出するよう動作する。そして、アイドル・モードでは、移動端末はどのダウンリンク送信からも情報を受信又は抽出するよう動作しない。
図面に図示するように、アクティブ状態では、移動端末は時間スロットの全期間、ここでは第２時間スロット１２の間この状態にとどまる。移動端末は時間スロット、ここでは第１及び第３時間スロット１２の一部のみ情報状態にある。図面に図示した実施例では、第１及び第３時間スロットの間、移動端末は時間スロットの開始側と終了側に近い時に情報状態に入る。このような状態の時、これに通信されるダウンリンク送信から形成される信号エネルギが移動端末により検出される。
図９は、全体を１０２で示す、本発明の実施例の方法を図示する。本方法は、送信局と遠隔通信局との間で通信信号を通信することにより第１キャリア上に定めた少なくとも２つの連続時間スロットの間にアンテナ・ビーム・パターンを形成する。
最初に、ブロック１０４に指示するように、遠隔通信局が位置する場所の指示が検出される。
次いで、ブロック１０６に指示するように、少なくとも２つの連続する時間スロットの第１時間スロット上に第１通信信号を送信するため第１遠隔通信局が割当てられる。そして、少なくとも第２時間スロットの間に少なくとも第２通信信号を送信するため少なくとも第２遠隔通信局が割当てられる。第１および第２遠隔通信局は第１選択区域内である。次いで、ブロック１０８に指示するように、少なくとも２つの連続する時間スロット上で第１及び少なくとも第２の通信信号の送信を可能とするアンテナ・ビーム・パターンが形成される。
本発明の各種の実施例の動作は、無線基地局と選択移動端末とによりダウンリンク送信が通信される指向性アンテナ・ビーム・パターンを形成する。前記アンテナ・ビーム・パターンにより実施される通信は、他の移動端末との通信に悪影響を及ぼす干渉を生じさせにくい。アンテナ・ビーム・パターンの指向特性のため、選択移動端末により発生されたアップリンク送信は、発生する干渉のレベルが少なくなって基地局により受信される。無線基地局によるダウンリンク送信の他の移動端末による検出を容易にする方法で、無線基地局と移動端末との間の通信信号の通信用にチャネルが割当てられる。
以上の説明は本発明を実装する望ましい例であり、発明の範囲はこの説明には必ずしも限定されるべきではない。本発明の範囲は以下の請求の範囲により定義される。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図７】
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