(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動通信ネットワークにおいて第１ステーションと第２の移動ステーションとの間で方向性無線通信を行う方法であって、
上記第１ステーションにおいて上記第２ステーションから送信された逐次の通信データバーストを識別し、
その逐次の通信データバーストが第１ステーションにより受信されたところの各ビーム方向を複数の隣接するビーム方向から決定し、そして
上記第１ステーションから第２ステーションへ信号を送信するための１つ以上のビーム方向を選択し、逐次の通信データバーストが２つの異なるビーム方向から第１ステーションにより受信されたことが決定されたときには、上記第１ステーションから第２ステーションへ上記信号を送信するために上記２つの異なるビーム方向を同時に選択し、そして上記２つの異なるビーム方向が隣接していないときには、上記異なる両ビーム方向に加えてその介在するビーム方向においても第１ステーションから第２ステーションへ信号を送信するという段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
上記２つの異なるビーム方向の第１及び第２のビーム方向は、上記第１ステーションから送信される所定の複数の連続信号に対して使用される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
逐次のデータバーストの各々が受信されるところの上記決定された方向は、最も強い信号が受信されたビーム方向として定義される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
逐次のデータバーストの各々が受信されるところの上記決定された方向は、最短の経路をたどった信号が受信されたビーム方向として定義される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
第１ステーションと第２ステーションとの間の距離を表わす距離パラメータを監視する段階を含み、第１ステーションと第２ステーションとの間の距離が所定値より小さい場合には、第１及び第２信号が受信される方向に関わりなく、第２ステーションへ送信される信号が比較的広角度の広がりで送信される請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
第１ステーションと第２ステーションとの間の距離が上記所定値より小さい場合には、信号が比較的低い電力レベルで第２ステーションへ送信され、そしてその距離が所定値より大きい場合には、信号が高い電力レベルで送信される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記ネットワークは、セルラー通信ネットワークであり、そして上記第１ステーションは、ベーストランシーバステーションである請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
移動通信ネットワークにおいて第２の移動ステーションと方向性無線通信を行う第１ステーションであって、
上記第２ステーションから送信された逐次の通信データバーストを識別するための識別手段と、
その逐次の通信データバーストが第１ステーションにより受信されたところの各ビーム方向を複数の隣接するビーム方向から決定するための決定手段と、
上記第２ステーションに信号を送信するための送信手段と、
上記第１ステーションから第２ステーションへ信号を送信するための１つ以上のビーム方向を選択する制御手段であって、逐次の通信データバーストが２つの異なるビーム方向から第１ステーションにより受信されたことが決定されたときには、上記送信手段により信号を送信するために上記２つの異なるビーム方向を同時に選択し、そして上記２つの異なるビーム方向が隣接していないときには、上記異なる両ビーム方向に加えてその介在するビーム方向においても通信データを送信するように送信手段を制御するよう構成された制御手段とを備えたことを特徴とする第１ステーション。
【請求項９】
上記制御手段は、第１ステーションと第２ステーションとの間の距離を表わす距離パラメータを監視するように構成され、第１ステーションと第２ステーションとの間の距離が所定値より小さい場合には、上記２つの信号が受信される方向に関わりなく、信号を比較的広角度の広がりで送信する請求項８に記載の第１ステーション。
【請求項１０】
上記制御手段は、所定の複数の連続信号を上記２つの異なるビーム方向のうちの第１及び第２のビーム方向に送信するように上記送信手段を制御するよう構成された請求項８に記載の第１ステーション。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、第１ステーションと第２ステーションとの間で信号がある方向のみに送信される方向性無線通信方法及び装置に係る。より詳細には、本発明は、空間分割多重アクセスを用いたセルラー通信ネットワークに適用できるが、これに限定されるものではない。
先行技術の説明
現在実施されているセルラー通信ネットワークでは、ベーストランシーバステーションＢＴＳが設けられ、これがサービスするセル又はセルセクター全体にわたって、移動電話のような所与の移動ステーションＭＳに意図された信号を送信する。しかしながら、現在、空間分割多重アクセスＳＤＭＡシステムが提案されている。この空間分割多重アクセスシステムでは、ベーストランシーバステーションが所与の移動ステーションに意図された信号をセル又はセルセクター全体にわたって送信するのではなく、移動ステーションからの信号が受信されるビーム方向にのみ信号を送信する。又、ＳＤＭＡシステムは、移動ステーションからの信号が受信される方向をベーストランシーバステーションが決定できるようにする。
ＳＤＭＡシステムは、既存のシステムに勝る多数の効果を達成できるようにする。特に、ＢＴＳにより送信されるビームは特定の方向にしか送信されず、従って、比較的細いので、トランシーバの電力をその細いビームに集中することができる。これは、ベーストランシーバステーションから送信される信号と、ベーストランシーバステーションにより受信される信号との両方について、良好な信号対雑音比を生じると考えられる。更に、ベーストランシーバステーションの方向性の結果として、ベーストランシーバステーションにより受信される信号の信号対干渉比の改善を達成できる。更に、送信方向において、ＢＴＳの方向性により、エネルギーを細いビームに集中させることができ、従って、ＢＴＳにより送信される信号は、従来のＢＴＳに要求される電力レベルより低い電力レベルで、より遠くに位置する移動ステーションに到達することができる。これは、移動ステーションが、ベーストランシーバステーションから遠い距離にあっても満足に動作できるようにし、ひいては、セルラーネットワークの各セル又はセルセクターのサイズを増加できることを意味する。セルサイズが大きい結果として、必要とされるベースステーションの数を減少することができ、これはネットワークコストの減少にも通じる。ＳＤＭＡシステムは、一般に、信号を送信及び受信することのできる必要な複数の異なるビーム方向を達成するために多数のアンテナ素子を必要とする。複数のアンテナ素子の設置は、受信信号に対するＢＴＳの感度を高める。これは、セルサイズが大きいことが、移動ステーションからＢＴＳによる信号の受信に悪影響を及ぼさないことを意味する。
又、ＳＤＭＡシステムは、システムの容量を増加することもでき、即ちシステムによって同時にサポートできる移動ステーションの数が増加される。これは、通信の方向性によるものであり、同じ周波数を使用する他のセルの移動ステーションからＢＴＳが干渉をほとんどピックアップしないことを意味する。ＢＴＳは、関連セルの所与のＭＳと通信するときに、同じ周波数を使用する他のセルの他の移動ステーションへほとんど干渉を発生しない。
結局、ＳＤＭＡシステムは、同じセル内の異なる位置にいる２つ以上の異なる移動ステーションへ送信するために同じ周波数を同時に使用できると考えられる。これは、セルラーネットワークにより搬送できるトラフィックの量の著しい増加に通じる。
ＳＤＭＡシステムは、アナログ及びデジタルのセルラーネットワークで実施することができ、ＧＳＭ、ＤＣＳ１８００、ＴＡＣＳ、ＡＭＰＳ及びＮＭＴのような種々の既存の標準システムに組み込むことができる。又、ＳＤＭＡシステムは、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）及び周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）のような他の既存の多重アクセス技術に関連して使用することもできる。
ＳＤＭＡシステムに伴う１つの問題は、移動ステーションへ信号を送信すべき方向を決定する必要があることである。ある環境においては、ベーストランシーバステーションから移動ステーションへ信号を送信するのに比較的細いビームが使用される。それ故、その移動ステーションの方向を適度な正確さで決定することが必要である。移動ステーションがベーストランシーバステーションに対して移動している場合には、移動ステーションは、第１ビームによってカバーされたセルの領域からその隣接ビームによってカバーされたセルの領域へと移動する。移動ステーションへ信号を送信するために第１ビームに代わってその隣接ビームをいつ使用すべきかについてベーストランシーバステーションにより判断することが必要となる。この判断は、第１ビームとその隣接ビームが実際上部分的に重畳することから複雑なものとなる。
更に別の問題は、ＢＴＳにより移動ステーションへ信号を送信すべき方向が、ＢＴＳにより移動ステーションから受信されたアップリンク信号に基づいて決定されることである。しかしながら、移動ステーションからＢＴＳへ送信されるアップリンク信号の周波数は、ＢＴＳにより移動ステーションへ送信されるダウンリンク信号に使用される周波数と異なる。アップリンク及びダウンリンク信号に使用される周波数の差は、アップリンク方向におけるチャンネルの振舞いがダウンリンク方向におけるチャンネルの振舞いと異なることを意味する。従って、アップリンク信号に対して決定される最適な方向は、常に、ダウンリンク信号に対する最適な方向ではない。
それ故、本発明の幾つかの実施形態の目的は、これらの問題に対処することである。
発明の要旨
本発明の第１の特徴によれば、移動通信ネットワークにおいて第１ステーションと第２の移動ステーションとの間で方向性無線通信を行う方法であって、上記第１ステーションにおいて上記第２ステーションから送信された通信データの連続バーストを識別し、その逐次の通信データバーストが第１ステーションにより受信されたところの各ビーム方向を複数の隣接するビーム方向から決定し、そして上記第１ステーションから第２ステーションへ信号を送信するための１つ以上のビーム方向を選択的に選び、逐次の通信データバーストが２つの異なるビーム方向から第１ステーションにより受信されたことが決定されたときには、上記第１ステーションから第２ステーションへ上記信号を送信するために上記２つの異なるビーム方向が同時に選択され、そして上記２つの異なるビーム方向が隣接していないときには、上記異なる両ビーム方向に加えてその介在するビーム方向においても第１ステーションから第２ステーションへ信号が送信されるという段階を含む方法が提供される。
従って、本発明の実施形態では、１つのビームによりカバーされた領域から別のビームによりカバーされた領域へ第２ステーションが移動することにより生じる暖昧さが補償される。特に、第１ステーションからの信号が第２ステーションに到達する確率が高められる。
好ましくは、上記２つの異なるビーム方向が隣接していないときには、上記異なる両ビーム方向に加えてその介在するビーム方向においても第１ステーションから第２ステーションへ信号が送信される。異なるビーム方向が隣接していないときには、それら方向の１つが、第１ステーションから通信データのバーストがたどる異常な経路に対応するおそれがある。第１ステーションから第２ステーションへ送信される信号は、このような異常な経路をたどることはほとんどない。又、全ての介在するビーム方向に送信することにより、異常な経路をたどる信号の検出から得られる効果が低減されることになる。
好ましくは、第１及び第２のビーム方向は、第１ステーションから送信される所定の複数の連続信号に使用することができる。或いは又、第１及び第２のビーム方向は、第１ステーションから送信される１つの信号に使用されるだけであってもよい。もし可能であれば、第１ステーションからの信号は、単一のビーム方向のみに送信されるのが好ましい。
逐次データバーストの各々が受信されるところの上記決定された方向は、最も強い信号が受信されるビーム方向として定義されてもよい。これは、所与のバーストに対する最小減衰の経路に対応する。或いは又、逐次データバーストの各々が受信されるところの上記決定された方向は、最短経路をたどる信号が受信されるビーム方向として定義されてもよい。
好ましくは、上記方法は、第１ステーションと第２ステーションとの間の距離を表わす距離パラメータを監視する段階を含み、第１ステーションと第２ステーションとの間の距離が所定値より小さい場合には、第１及び第２信号が受信される方向に関わりなく、第２ステーションへ送信される信号が比較的広角度の広がりで送信される。実際に、これは、第１ステーションと第２ステーションとの間の距離が臨界距離より小さい場合には、信号が比較的多数のビーム方向にわたって送信されることを意味する。第１ステーションと第２ステーションとの間の距離が上記所定値より小さい場合には、信号が比較的低い電力で第２ステーションへ送信され、そしてその距離が所定値より大きい場合には、信号が高い電力レベルで送信される。
本発明の第２の特徴によれば、移動通信ネットワークにおいて第１ステーションと第２の移動ステーションとの間で方向性無線通信を行う方法であって、上記第１ステーションにおいて上記第２ステーションから送信された通信データの連続バーストを識別し、その逐次の通信データバーストが第１ステーションにより受信されたところの各ビーム方向を複数の隣接するビーム方向から決定し、そして上記第１ステーションから第２ステーションへ信号を送信するための１つ以上のビーム方向を選択的に選び、逐次の通信データバーストが２つの異なるビーム方向から第１ステーションにより受信されたことが決定されたときには、上記第１ステーションから第２ステーションへ上記信号を送信するために上記２つの異なるビーム方向が同時に選択され、そして上記第１ステーションと第２ステーションとの間の距離を表わす距離パラメータを監視する段階を含み、上記第１ステーションと第２ステーションとの間の距離が所定値より小さい場合には、上記２つの信号が受信される方向に関わりなく、第２ステーションへ送信される信号が比較的広角度の広がりで送信されるという段階を含む方法が提供される。
好ましくは、制御手段は、上記２つの異なる方向が隣接していないときには、上記異なる両ビーム方向に加えてその介在するビーム方向においても通信データを送信するように送信手段を制御するよう構成される。好ましくは、制御手段は、所定の複数の連続信号を上記第１及び第２のビーム方向に送信するように送信手段を制御するよう構成される。
本発明の第３の特徴によれば、移動通信ネットワークにおいて第２の移動ステーションと方向性無線通信を行う第１ステーションであって、上記第２ステーションから送信された通信データの連続バーストを識別するための識別手段と、その逐次の通信データバーストが第１ステーションにより受信されたところの各ビーム方向を複数の隣接するビーム方向から決定するための決定手段と、上記第２ステーションに信号を送信するための送信手段と、上記第１ステーションから第２ステーションへ信号を送信するための１つ以上のビーム方向を選択するための制御手段であって、逐次の通信データバーストが２つの異なるビーム方向から第１ステーションにより受信されたことが決定されたときには、上記送信手段により信号を送信するために上記２つの異なるビーム方向を同時に選択し、そして上記２つの異なるビーム方向が隣接していないときには、上記異なる両ビーム方向に加えてその介在するビーム方向においても通信データを送信するように送信手段を制御するような制御手段とを備えた第１ステーションが提供される。
本発明の第４の特徴によれば、移動通信ネットワークにおいて第２の移動ステーションと方向性無線通信を行う第１ステーションであって、上記第２ステーションから送信された通信データの連続バーストを識別するための識別手段と、その逐次の通信データバーストが第１ステーションにより受信されたところの各ビーム方向を複数の隣接するビーム方向から決定するための決定手段と、上記第２ステーションに信号を送信するための送信手段と、上記第１ステーションから第２ステーションへ信号を送信するための１つ以上のビーム方向を選択するための制御手段であって、逐次の通信データバーストが２つの異なるビーム方向から第１ステーションにより受信されたことが決定されたときには、上記送信手段により信号を送信するために上記２つの異なるビーム方向を同時に選択し、そして第１ステーションと第２ステーションとの間の距離を表わす距離パラメータを監視し、第１ステーションと第２ステーションとの間の距離が所定値より小さい場合には、上記２つの信号が受信される方向に関わりなく、第２ステーションへ送信される信号が比較的広角度の広がりで送信されるようにする制御手段とを備えた第１ステーションが提供される。
本発明は、第１ステーションがベーストランシーバステーションであるようなセルラー通信ネットワークに特に適用できる。しかしながら、本発明の実施形態は、非セルラーの方向性無線通信ネットワークにも適用できることが明らかである。ここで使用する「バースト」という用語は、第２ステーションから受信される信号の一部分を単に表わすもので、「バースト」が特定の意味をもつＧＳＭのような標準的なシステムに本発明の適用を限定するものではない。このバーストは、例えば、ＧＳＭ ＴＤＭＡシステムに使用されるデータバーストに対応し得る。或いは又、「バースト」という用語は、第２ステーションから送信されるデータの所与の部分を指すこともできる。
【図面の簡単な説明】
本発明を良く理解すると共に、本発明をいかに実施するかを理解するために、添付図面を参照して本発明を一例として詳細に説明する。
図１は、ベーストランシーバステーション（ＢＴＳ）及びそれに関連したセルセクターの概略図である。
図２は、アンテナアレー及びベーストランシーバステーションの回路図である。
図３は、図２のアンテナアレーにより形成される固定ビームパターンを示す図である。
図４は、図２のデジタル信号プロセッサの回路図である。
図５は、８つのチャンネルのうちの４つのチャンネルに対するチャンネルインパルス応答を示す図である。
図６ａ−ｈは、ＭＳによりベーストランシーバステーションに送信される８つの連続するデータバーストが受信されると考えられるビーム方向を示す図である。
図７ａ−ｈは、本発明の実施形態に基づきＳＤＭＡのベーストランシーバステーションによりＭＳへ送信される８つの連続するデータバーストにおける選択されたビームを示す図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
図１には、セルラー移動電話ネットワークのセル３を形成する３つのセルセクター２が示されている。３つのセルセクター２は、各ベーストランシーバステーション（ＢＴＳ）によりサービスされる。各ＢＴＳ４は、３つのセルセクター２の各々に対して信号を送信及び受信するトランシーバを有している。従って、各セルセクター２ごとに１つの専用のベーストランシーバステーションが設けられる。従って、ＢＴＳ４は、各セルセクター２に位置する移動電話のような移動ステーション（ＭＳ）と通信することができる。
本発明の実施形態は、ＧＳＭ（移動通信用のグローバルシステム）ネットワークについて説明する。ＧＳＭシステムにおいては、周波数／時分割多重アクセスＦ／ＴＤＭＡシステムが使用される。データは、ＢＴＳ４とＭＳとの間をバーストにおいて送信される。データバーストは、既知のデータシーケンスであるトレーニングシーケンスを備えている。トレーニングシーケンスの目的は以下で説明する。各データバーストは、所与の周波数帯域においてその周波数帯域の所定のタイムスロットで送信される。方向性アンテナアレーの使用は、空間分割多重アクセスも達成できるようにする。従って、本発明の実施形態では、各データバーストは、所与の周波数帯域、所与のタイムスロット及び所与の方向において送信される。その関連チャンネルは、所与の周波数、所与のタイムスロット及び所与の方向において送信される所与のデータバーストに対して定義することができる。以下で詳細に述べるように、本発明のある実施形態では、同じデータバーストが同じ周波数帯域、同じタイムスロットにおいて、２つの異なる方向に送信される。
図２は、トランシーバーとして働く１つのＢＴＳ４のアンテナアレー６を示す回路図である。図２に示されたアレー６は、図１に示す３つのセルセクター２の１つにサービスするに過ぎないことを理解されたい。他の２つのセルセクター２にサービスするために別の２つのアンテナアレー６が設けられる。アンテナアレー６は、８つのアンテナ素子ａ1…ａ8を有する。これらの素子ａ1…ａ8は、各アンテナ素子ａ1…ａ8間に半波長の間隔を有するように配置され、そして水平の行に直線的に配列される。各アンテナ素子ａ1…ａ8は、信号を送信及び受信するように構成され、何らかの適当な構造を有する。各アンテナ素子ａ1…ａ8は、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ又は他の適当なアンテナである。８個のアンテナ素子ａ1…ａ8があいまってフェーズドアレーアンテナ６を形成する。
良く知られたように、フェーズドアレーアンテナ６の各アンテナ素子ａ1…ａ8には、移動ステーションＭＳへ送信されるべき同じ信号が供給される。しかしながら、各アンテナ素子ａ1…ａ8に供給される信号の位相は互いにシフトされる。各アンテナ素子ａ1…ａ8に供給される信号間の位相関係の差が方向性放射パターンを形成する。従って、ＢＴＳ４からの信号は、アレー６に関連したセルセクター２においてある方向にのみ送信される。アレー６により得られる方向性放射パターンは、各アンテナ素子ａ1…ａ8により送信されて互いに位相シフトされる信号間に生じる構造的及び破壊的干渉の結果である。この点について、アンテナアレー６で得られる方向性放射パターンを示した図３を参照する。アンテナアレー６は、図３に示す８つの方向の各々にビームｂ1…ｂ8を発生するように制御することができる。例えば、アンテナアレー６は、ビームｂ5の方向又はビームｂ6の方向のみにＭＳへ信号を送信するように制御することができる。以下に詳細に述べるように、同時に２つ以上のビーム方向に信号を送信するようにアンテナアレー６を制御することもできる。例えば、ビームｂ5及びビームｂ6により定められた２つの方向に信号を送信することができる。図３は、アンテナアレー６で得ることのできる８つの考えられるビーム方向を表わすに過ぎない。しかしながら、実際には、セルセクター２の全体がアンテナアレー６でサービスされるよう確保するために隣接ビーム間が重畳される。
各アンテナ素子ａ1…ａ8に発生される信号の相対的な位相は、所望のビーム方向（１つ又は複数）に信号を送信できるようにバトラー（Butler）マトリクス回路８によって制御される。従って、バトラーマトリクス回路８は、位相シフト機能を与える。バトラーマトリクス回路８は、ＢＴＳ４からの８つの入力１０ａ−ｈと、アンテナ素子ａ1…ａ8の各々への８つの出力とを有している。各入力１０ａ−ｈにより受け取られる信号は、送信されるべきデータバーストより成る。８つの入力１０ａ−ｈの各々は、所与のデータバーストを送信することのできるビーム方向を表わす。例えば、バトラーマトリクス回路８が第１入力１０ａに信号を受け取るときには、バトラーマトリクス回路８は、入力１０ａに与えられた信号を、データバーストがビームｂ1の方向に送信されるようにビームｂ1を生じさせるに必要な位相差で、アンテナ素子ａ1…ａ8の各々に付与する。同様に、入力１０ｂに与えられた信号は、ビームｂ2の方向にビームを生じさせ、等々となる。
既に述べたように、アンテナアレー６のアンテナ素子ａ1…ａ8は、ＭＳから信号を受信すると共にＭＳに信号を送信する。ＭＳにより送信された信号は、一般に、８つのアンテナ素子ａ1…ａ8の各々によって受信される。しかしながら、各アンテナ素子ａ1…ａ8によって受信される信号の各々の間には位相差がある。それ故、バトラーマトリクス回路８は、各アンテナ素子ａ1…ａ8により受信された信号の相対的な位相から、信号が受信されたビーム方向を決定することができる。従って、バトラーマトリクス回路８は、各アンテナ素子により受信された信号に対し、各アンテナ素子ａ1…ａ8から１つづつ、８個の入力を有する。又、バトラーマトリクス回路８は、８個の出力１４ａ−ｈも有する。これら出力１４ａないし１４ｈの各々は、所与のデータバーストを受信できる特定のビーム方向に対応する。例えば、アンテナアレー６がＭＳからの信号をビームｂ1の方向から受信する場合には、バトラーマトリクス回路８は、その受信した信号を出力１４ａに出力する。ビームｂ2の方向から受信した信号は、バトラーマトリクス回路８から出力１４ｂに出力され、等々となる。要約すれば、バトラーマトリクス回路８は、互いに位相シフトされた同じ信号の８つのバージョンをアンテナ素子ａ1…ａ8において受信する。相対的な位相シフトから、バトラーマトリクス回路８は、その受信信号が受け取られた方向を決定し、そしてその信号が受け取られた方向に基づいて所与の出力１４ａ−ｈに信号を出力する。
ある環境においては、ＭＳからの単一の信号又はデータバーストは、それがＭＳとＢＴＳ４との間を進む間に信号の反射のために、もし反射が比較的広角度の分散を与えるものであれば、見掛け上、２つ以上のビーム方向から到来することが明らかである。バトラーマトリクス回路８は、所与の信号又はデータバーストが見掛け上到来するビーム方向の各々に対応する各出力１４ａ−ｈに信号を与える。従って、バトラーマトリクス回路８の２つ以上の出力１４ａ−ｈに同じデータバーストが与えられる。しかしながら、各出力１４ａ−ｈの信号は、互いに時間的に遅延される。
バトラーマトリクス回路８の各出力１４ａ−ｈは、受信信号を増幅する各増幅器１６の入力に接続される。バトラーマトリクス回路８の各出力１４ａ−ｈに対して１つの増幅器１６が設けられる。増幅された信号は、次いで、各プロセッサ１８により処理され、該プロセッサは、増幅された信号を処理して、受信信号の周波数を基本帯域周波数に減少し、ＢＴＳ４で信号を処理できるようにする。これを行うために、プロセッサ１８は、入力信号から搬送波周波数成分を除去する。この場合も、バトラーマトリクス回路８の各出力１４ａ−ｈに対して１つのプロセッサ１８が設けられる。アナログ形態である受信信号は、次いで、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２０によりデジタル信号に変換される。バトラーマトリクス８の各出力１４ａ−ｈに対して１つづつ、８つのＡ／Ｄコンバータ２０が設けられる。デジタル信号は、次いで、更なる処理のために各入力１９ａ−ｈを経てデジタル信号プロセッサ２１に入力される。
デジタル信号プロセッサ２１も、８つの出力２２ａ−ｈを有し、その各々は、所与のＭＳへ送信されるべき信号を表わすデジタル信号を出力する。選択された出力２２ａ−ｈは、信号を送信すべきビーム方向を表わす。このデジタル信号は、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ２３によりアナログ信号に変換される。デジタル信号プロセッサ２１の各出力２２ａ−ｈに対して１つのデジタル／アナログコンバータ２３が設けられている。アナログ信号は、次いで、送信されるべきアナログ信号を搬送波周波数に変調する変調器であるプロセッサ２４により処理される。プロセッサ２４により信号を処理する前に、信号は基本帯域周波数にある。それにより得られた信号は、次いで、増幅器２６により増幅され、そしてバトラーマトリクス回路８の各入力１０ａ−ｈへ送られる。プロセッサ２４及び増幅器２６は、デジタル信号プロセッサ２１の各出力２２ａ−ｈに対して設けられている。
図４は、デジタル信号プロセッサ２１の回路図である。図４に示す種々のブロックは、本発明による実際のデジタル信号プロセッサ２１の個々の要素には必ずしも対応しないことを理解されたい。特に、図４に示す種々のブロックは、デジタル信号プロセッサ２１により実行される種々の機能に対応する。本発明の１つの実施形態では、デジタル信号プロセッサ２１は、集積回路で少なくとも部分的に実施され、そして多数の機能を同じ要素で実行することができる。
デジタル信号プロセッサ２１により各入力１９ａ−ｈに受け取られた各信号は、各チャンネルインパルス応答（ＣＩＲ）推定ブロック３０へ送られる。このＣＩＲ推定ブロック３０は、受信信号を記憶するメモリ容量と、推定されたチャンネルインパルス応答を記憶するメモリ容量を含む。チャンネルインパルス応答推定ブロック３０は、各入力１９ａ−ｈのチャンネルのチャンネルインパルス応答を推定するように構成される。既に述べたように、選択された周波数帯域で送信される所与のデータバースト、割り当てられたタイムスロット、及び単一のデータバーストとして信号が受け取られるビーム方向に対し、関連チャンネルを定義することができる。信号が受け取られるビーム方向は、バトラーマトリクス回路８によって確認され、デジタル信号プロセッサの入力１９ａに受け取られる信号が、主として、ビームｂ1の方向から受け取られた信号を表わし、等々とされる。所与の入力に受け取られる信号は、例えば、その隣接入力に受け取られる信号のサイドローブも含むことが明らかである。
移動ステーションＭＳからＢＴＳ４へ送信される各データバーストは、トレーニングシーケンスＴＳを含む。しかしながら、ＢＴＳ４により受け取られるトレーニングシーケンスＴＳRXは、ノイズ及びマルチパス作用により歪まされ、トレーニングシーケンスの隣接ビット間に干渉を招く。このような干渉は記号間干渉として知られている。又、トレーニングシーケンスＴＳRXは、他の移動ステーション、例えば、同じ周波数を使用する他のセル又はセルセクターに位置する移動ステーションからの干渉の影響も受け、これは同一チャンネル干渉を生じさせる。明らかなように、ＭＳからの所与の信号は、２つ以上の経路をたどってＢＴＳに到達し、所与の信号の２つ以上のバージョンが所与の方向からアンテナアレー６により検出される。入力１９ａから受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXは、ＣＩＲ推定ブロック３０により、データ記憶装置３２に記憶された基準トレーニングシーケンスＴＳREFとクロス相関される。この基準トレーニングシーケンスＴＳREFは、移動ステーションにより最初に送信されたトレーニングシーケンスと同じである。実際に、受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXは、搬送波周波数に変調された信号であり、一方、基準トレーニングシーケンスＴＳREFは、データ記憶装置３２にビットシーケンスとして記憶される。従って、クロス相関が行なわれる前に、記憶された基準トレーニングシーケンスも同様に変調される。換言すれば、ＢＴＳ４により受け取られた歪んだトレーニングシーケンスは、トレーニングシーケンスの歪のないバージョンと相関される。本発明の別の実施形態では、受け取られたトレーニングシーケンスは、基準トレーニングシーケンスと相関される前に復調される。この場合に、基準トレーニングシーケンスも、受け取ったトレーニングシーケンスと同じ形態をもつ。換言すれば、基準トレーニングシーケンスは、変調されない。
基準トレーニングシーケンスＴＳREF及び受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXの各々は、長さがＬであり（Ｌ個のデータビットに対応する）、例えば、２６ビットである。受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXの、割り当てられたタイムスロットにおける厳密な位置は、不確実でよい。というのは、ＢＴＳ４から移動ステーションＭＳまでの距離が、ＭＳにより送信されるデータバーストの、割り当てられたタイムスロット内の位置に影響を及ぼすからである。例えば、移動ステーションＭＳがＢＴＳ４から比較的遠くにある場合には、トレーニングシーケンスは、割り当てられたタイムスロットにおいて、移動ステーションＭＳがＢＴＳ４に接近している状態に比して、後に生じる。
割り当てられたタイムスロットにおける受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXの位置の不確実性を考慮するために、受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXは、基準トレーニングシーケンスＴＳREFとｎ回相関される。通常、ｎは、例えば、７又は９である。ｎは奇数であるのが好ましい。ｎ回の相関は、通常、得られる最大相関の各側である。基準トレーニングシーケンスＴＳREFに対する受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXの相対的な位置は、各次々の相関の間で１つの位置だけシフトされる。各位置は、トレーニングシーケンスにおける１つのビットに等価であり、１つの遅延セグメントを表わす。受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXと基準トレーニングシーケンスＴＳREFとの各単一の相関は、その相関に対するチャンネルインパルス応答を表わすタップを生じさせる。ｎ回の別々の相関は、ｎ個の値を有するタップシーケンスを生じさせる。
８個の空間方向に対応する８つの考えられるチャンネルの４つに対するチャンネルインパルス応答を示す図５について説明する。換言すれば、図５は、移動ステーションからの８つのビーム方向の４つにおいて受け取られる所与のデータバーストに対応する４つのチャンネルのチャンネルインパルス応答を示し、上記データバーストは所与の周波数帯域及び所与のタイムスロットにある。各グラフのｘ軸は、時間遅延の尺度であり、一方、ｙ軸は、相対的電力の尺度である。グラフに示された各線（即ちタップ）は、所与の相関遅延に対応して受け取られたマルチパス信号を表わす。各グラフは、ｎ本の線即ちタップを有し、１つのタップが各相関に対応している。
推定されたチャンネルインパルス応答から、割り当てられたタイムスロット内におけるトレーニングシーケンスの位置を決定することができる。受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXと基準トレーニングシーケンスＴＳREFとの間に最良の相関が達成されたときに最大タップ値が得られる。
又、ＣＩＲ推定ブロック３０は、最大エネルギーを与える５つ（又は他の適当な数）の連続タップを各チャンネルごとに決定する。所与のチャンネルに対する最大エネルギーは、次のように計算される。
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但し、ｈは、受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXと基準トレーニングシーケンスＴＳREFとのクロス相関から生じるタップ振幅を表わす。ＣＩＲ推定ブロック３０は、スライドウインドウ技術を使用することにより所与のチャンネルに対する最大エネルギーを推定する。換言すれば、ＣＩＲ推定ブロック３０は、５つの隣接値の各セットを考慮し、そしてこれらの５つの値からエネルギーを計算する。最大エネルギーを与える５つの隣接値は、そのチャンネルのインパルス応答を表わすものとして選択される。
このエネルギーは、所与の方向からＢＴＳ４により受け取られた所与のＭＳからの所望信号の相対的強度の尺度であると考えることができる。このプロセスは、同じデータバーストを受信することのできる８つの異なる方向を表わす８つのチャンネルの各々に対して実行される。最大エネルギーで受信された信号は、その信号に最小の減衰しか与えない経路をたどったものである。
各チャンネルについてＣＩＲ推定ブロック３０により計算された最大エネルギーを、チャンネルインパルス応答を表わすものとしてＣＩＲ推定ブロックにより選択された５つの隣接値として記憶する分析ブロック３４が設けられる。又、この分析ブロック３４は、ＣＩＲ推定ブロック３０により決定されたチャンネルインパルス応答を分析して、最小遅延を確認する。この遅延は、割り当てられたタイムスロットにおける受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXの位置の尺度であり、ひいては、移動ステーションとＢＴＳ４との間で信号が進行する距離の相対的な尺度である。最小遅延のチャンネルは、最短距離を進行した信号を有する。この最短距離は、あるケースにおいては、移動ステーションＭＳとＢＴＳ４との間の視線経路を表す。
分析ブロック３４は、最大エネルギーを与える５つの値を定めるウインドウの開始位置を決定するように構成される。次いで、基準点とウインドウの開始との間の時間に基づいて時間遅延が決定される。この基準点は、各岐路における全ての受け取られたトレーニングシーケンスが相関され始める共通の時間であり、この時間は、全ての岐路の最も早いウインドウエッジ又は同様の共通点に対応する。異なるチャンネルの種々の遅延を正確に比較するために、共通のタイミングスケールが採用され、これは、ＢＴＳ４により与えられる同期信号に基づいてＴＤＭＡ動作モードを制御する。換言すれば、割り当てられたタイムスロットにおける受け取ったトレーニングシーケンスＴＳRXの位置は、時間遅延の尺度である。既知のＧＳＭシステムでは、所与のチャンネルに対する遅延が計算されて、タイミング進み情報が与えられる。タイミング進み情報は、移動ステーションによりＢＴＳへ送信される信号がその割り当てられたタイムスロット内に入るよう確保するために使用される。タイミング進み情報は、計算された相対的遅延及び現在タイミング進み情報に基づいて決定することができる。移動ステーションＭＳがベースステーションから遠く離れている場合には、ＭＳは、ＢＴＳにより、移動ステーションＭＳがＢＴＳに接近している場合よりも早期にデータバーストを送信するよう命令される。
各分析ブロック３４によって行なわれた分析の結果は、所与のデータバーストが受信されると考えられる方向を決定するビーム選択制御ブロック３６に入力される。この考えられる方向とは、例えば、最大強度をもつ信号が受信されるビーム方向であってもよいし、或いはデータバーストが最初に受信される方向であってもよい。このようなビーム方向は、次いで、ビーム選択ブロック３６に記憶され、そして移動ステーションから受信される次のバーストに関して同じ段階が実行される。２つの決定されたビーム方向が２つの連続するデータバーストにおいて同じである場合には、ＢＴＳからＭＳへの信号がその決定されたビーム方向に送信される。１つの好ましい実施形態では、ベーストランシーバステーションは、正常な環境において単一のビーム方向にのみ信号をＭＳへ送信するように制御される。しかしながら、第１及び第２の連続バーストが受信されるビーム方向が同じでない場合には、ＢＴＳによりＭＳへ送信される次の信号は、第２信号が受信された方向と、第１信号が受信された方向である。
第１信号がＢＴＳにより受信されたビーム方向が、第２データバーストが受信されたビーム方向に隣接していない場合には、ＢＴＳにより送信される信号は、介在するビーム方向にも送信される。例えば、第１バーストがビームｂ1の方向から到来すると決定されそして第２データバーストがビームｂ3の方向から到来すると思われる場合には、ベースステーションにより移動ステーションへ送信される信号は、ビームｂ1、ｂ2及びｂ3の方向となる。
本発明の実施形態により使用される原理を示す図６ａ−ｈ及び図７ａ−ｈについて説明する。図６ａ−ｈは、移動ステーションによってベースステーションへ送信される８つの連続するデータバーストが受信されるところのビーム方向を示している。
或いは、図６に示されたビーム方向は、各データバーストに対し単一のビーム方向しか選択されるべきでない場合には、ＢＴＳによりＭＳへ送信される連続的データバーストに対して選択されるビーム方向とみなすこともできる。移動ステーションＭＳからの第１及び第２のデータバーストは、ビームｂ3の方向から到来すると考えられる。第３及び第４のデータバーストは、ビームｂ4の方向から受信されると考えられる。第５及び第６のバーストは、ビームｂ3の方向から受信されると考えられ、一方、第７バーストは、ビームｂ5の方向から受信されると考えられる。最後に、移動ステーションからの第８のデータバーストは、ビームｂ3の方向から到来すると考えられる。
８つの連続するバーストがＢＴＳによりＭＳへ送信されるところのビーム方向が図７ａ−ｈに示されている。移動ステーションからの第１及び第２の両バーストはビームｂ3の方向から受信されると考えられるので、ＢＴＳ４によって移動ステーションへ送信される第１及び第２のバーストは、両方とも、ビームｂ3の方向である。しかしながら、移動ステーションからの第２及び第３のバーストは、各々、ビームｂ3及びｂ4の方向から受信されると考えられるので、ＢＴＳによりＭＳへ送信される第３バーストは、ビームｂ3及びｂ4の両方の方向である。移動ステーションから受信される第３及び第４のバーストは、同じビーム方向、即ちビームｂ4の方向であると考えられる。従って、ＢＴＳ４により送信される第４バーストは、ビームｂ4の方向のみに送信される。ＢＴＳにより受信される第４バーストは、ビームｂ4の方向から受信され、一方、ＢＴＳ４により受信される第５バーストは、ビームｂ3の方向から受信される。従って、ＢＴＳにより送信される第５バーストは、ビームｂ3及びｂ4の両方の方向である。ＢＴＳ４により受信される第５及び第６バーストは、両方とも、ビームｂ3の方向から受信されると考えられる。従って、ＢＴＳにより送信される第６バーストは、ビームｂ3の方向に送信される。ＢＴＳによって受信される第６バーストは、ビームｂ3の方向から受信されると考えられ、一方、第７バーストは、ビームｂ5の方向から受信されると考えられる。従って、第７バーストは、ビームｂ3及びｂ5の方向と、介在ビーム即ちビームｂ4の方向においてＭＳへ送信される。最後に、ＢＴＳ４によって受信される第７及び第８バーストは、各々、ビーム方向ｂ5及びｂ3から受信されると考えられるので、ＢＴＳにより送信される第８バーストは、ビームｂ3、ｂ4及びｂ5の方向に送信される。
上記実施形態の１つの変形において、２つの連続するデータバーストが移動ステーションから異なる方向において受信される場合には、ＢＴＳによりＭＳへ送信されるその後のＮ個のバーストは、それら２つの異なる方向及び介在する方向となる。Ｎは、任意のバースト数、例えば３又は４である。
上記の方法は、ＢＴＳとＭＳとの間の距離が所与の距離より大きい場合に最も良く適していることが分かった。この距離は、主としてローカル環境に依存するが、例えば、約０．５ｋｍより大きくてもよい。移動ステーションが０．５ｋｍの距離よりもＢＴＳに接近している場合には、ＭＳへ送信される信号が広角度に広がって送信される。これは、考えられるビーム方向の数、例えば、４つ以上の方向の選択を伴う。通常、各ビームに使用される電力レベルは、比較的多数のビームが選択される場合には低くなる。
ＭＳとＢＴＳとの間の距離を決定する１つの方法は、ＢＴＳとＭＳとの間の距離の測定値を与える上記のタイミング進み情報である。この第１の方法は、適度な正確さの結果をもたらすので、本発明の幾つかの実施形態において好ましいものである。或いは又、ＢＴＳにおける受信信号の角度の広がりをＭＳとＢＴＳとの間の距離の測定値として使用することもできる。ＢＴＳとＭＳとの間の距離が臨界距離より大きいときには、ＭＳから受信されるエネルギーの量が比較的少数のビーム方向にわたって分散される。特に、エネルギーは、主として、１つ又は２つのビーム、或いはおそらくは３つのビーム方向に集中される。しかしながら、移動ステーションとＢＴＳとの間の距離が臨界距離より小さいときには、受け取った所望エネルギーは、見掛け上、非常に多数のビームにわたって分散される。角度的な広がりを決定するために、ビーム選択制御ブロック３６は、所与の信号に対し考えられる各ビーム方向ごとに得られたチャンネルインパルス応答を比較する。受け取られたエネルギーのほとんどが３つ以下のビーム方向に分散される場合には、ＢＴＳとＭＳとの間の距離が臨界距離より大きいと仮定される。或いは又、受け取られたエネルギーのほとんどが４つ以上のビーム方向から受け取られた場合には、ＭＳとＢＴＳとの間の距離が臨界距離より小さいと仮定される。
従って、本発明の実施形態では、ＭＳとＢＴＳ４との間の距離が臨界距離より大きい状態においてのみ、ＭＳへ信号を送信すべき各方向を決定するためにＭＳから受信した２つの先行する信号が使用される。ＭＳとＢＴＳ４との間の距離が臨界距離より小さいときには、ＢＴＳ４が比較的多数の、例えば４つ以上のビーム方向にわたってＭＳへ信号を送信する。比較的広角度の広がりにわたって送信するときに使用される電力レベルは、一般的に、ＭＳとＢＴＳ４との間の距離が臨界距離より大きいときに各ビームに対して使用される電力より低くなる。所要電力レベルは、ビーム選択ブロック３６により選択される。
発生ブロック３８は、デジタル信号プロセッサ２１から出力されるべき信号を発生する役割を果たす。発生ブロック３８は、移動ステーションＭＳへ送信されるべきスピーチ及び／又は情報を表わす入力４０を有する。発生ブロック３８は、移動ステーションＭＳへ送信されるべきスピーチ又は情報をエンコードする役割を果たし、そして信号内にトレーニングシーケンス及び同期シーケンスを含ませる。又、ブロック３８は、変調信号を発生する役割も果たす。発生された信号と、ビーム選択ブロック３６から入力された決定されたビーム方向とに基づき、発生ブロック３８は、デジタル信号プロセッサ２１の各出力２２ａ−ｈに信号を発生する。又、発生ブロック３８は、増幅器２４により与えられる増幅度を制御するのに使用される出力５０も発生し、ビーム方向における信号が必要な電力レベルを有するよう確保する。上述したように、所与のビームの電力レベルは、ＭＳとＢＴＳとの間の距離が臨界距離より大きいか小さいかに基づき、ビーム選択ブロック３６により決定される。
又、チャンネルインパルス応答ブロック３０の出力は、移動ステーションＭＳから受信した信号をイコライズ及びマッチングするのにも使用される。特に、マルチパス伝播により生じる記号間干渉の作用は、整合フィルタ及びイコライザブロック４２により受信信号から除去又は軽減することができる。整合フィルタ（ＭＦ）及びイコライザブロック４２は、ＭＳからの受信信号を受け取る入力（図示せず）を有する。各ブロック４２の出力は、回復ブロック４４により受け取られ、これは、ＭＳにより送られたスピーチ及び／又は情報を回復する役割を果たす。回復ブロックにより行なわれる段階は、信号を復調及びデコードすることを含む。復調されたスピーチ又は情報は、出力４８に出力される。
上記実施形態は、ＧＳＭセルラー通信ネットワークにおいて実施されたが、本発明は、他のデジタルセルラー通信ネットワーク及びアナログセルラーネットワークにも使用できることが明らかである。上記実施形態は、８個の素子を有するフェーズドアレーを使用するものであった。もちろん、アレーは、いかなる数の素子を有するものでもよい。或いは又、フェーズドアレーは、所与の方向にビームを各々放射する個別の方向性アンテナと置き換えることもできる。バトラーマトリクス回路は、他の適当な位相シフト回路が必要とされる場合にはそれに置き換えることができる。バトラーマトリクス回路は、アナログビーム形成装置である。もちろん、デジタルビーム形成装置ＤＢＦや、他の適当な形式のアナログビーム形成装置を使用することもできる。アレーは、たとえ８個の素子しか設けられなくても、これら素子に供給される信号に基づき、８本以上のビームを発生するように制御することもできる。
又、複数のフェーズドアレーを設けることもできる。フェーズドアレーは、異なる数のビームを発生してもよい。広角度の分散が必要なときには、少数の素子を有するアレーが使用され、そして比較的細いビームが必要なときには、多数の素子を有するアレーが使用される。
明らかなように、上記実施形態は、バトラーマトリクス回路から８つの出力を与えるものとして説明した。実際には、多数の異なるチャンネルがバトラーマトリクスの各出力に同時に出力されることを理解されたい。これらのチャンネルは、異なる周波数帯域である。異なるタイムスロットのチャンネルも各出力に与えられる。個々の増幅器、プロセッサ、アナログ／デジタルコンバータ、及びデジタル／アナログコンバータが図示されたが、これらは、実際には、複数の入力及び出力を有する単一の素子で各々形成されてもよい。
２つの逐次信号が受信される方向の決定は、２つの連続する信号に関連して行う必要はない。例えば、データバーストが受信されると考えられる方向は、所与の整数をＮとすれば、Ｎ個のバーストごとに決定されてもよい。例えば、ＢＴＳは、第１バーストがＭＳから受信される方向と、第３バーストが受信される方向とを決定する。これら２つの方向が同じでない場合には、ＢＴＳにより送信される信号がこれらの両方向となる。
同様に、第１ステーションにより信号を送信するのに使用される方向は、ＭＳから受信された直前の通信データバーストに応答したものでなくてもよい。ある実施形態では、ＢＴＳによる送信に対して選択される異なるビーム方向は、ＭＳから１つ以上のデータバーストだけ以前に受信した逐次通信データバーストに基づいてもよい。
本発明の実施形態は、セルラー通信ネットワーク以外のものにも適用できる。例えば、本発明の実施形態は、方向性無線通信を必要とするいかなる環境にも使用することができる。例えば、この技術は、ＰＲＮ（プライベート無線ネットワーク）等に使用することができる。
【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７】
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