(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セクタ化カバー・エリアにサービスを提供する基地サイトから、前記セクタ化カバー・エリアに位置する通信ユニットにダウンリンク通信信号を送信する方法であって：
ａ）前記セクタ化カバー・エリアの第１セクタ内の前記通信ユニットの概略位置を判定する段階；および
ｂ）前記第１セクタの角度幅よりも狭いビーム幅を生成するアンテナ構造を利用して、前記ダウンリンク通信信号を前記通信ユニットの前記概略位置に送信する段階；によって構成され
前記アンテナ構造は複数の送信アンテナによって構成され、各前記複数の送信アンテナは、狭ビーム・アンテナ・パターンによって特徴づけられ、また前記送信する段階は、前記複数の送信アンテナのうち第１送信アンテナから前記ダウンリンク通信信号を送信する段階によって構成され；
前記送信する段階は、前記複数の送信アンテナのうち少なくとも第２送信アンテナから前記ダウンリンク通信信号を送信する段階をさらに含んで構成され、
少なくとも第２送信アンテナから前記ダウンリンク通信信号を送信する前記段階は、送信する前に、前記第１送信アンテナによって送信すべきダウンリンク通信信号を、前記第２送信アンテナによって送信すべきダウンリンク通信信号に対して逆相関する段階をさらに含んで構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ダウンリンク通信信号は、共通システム制御信号によって構成され；
前記逆相関する段階は、前記第１送信アンテナによって送信すべきダウンリンク通信信号を、前記第２送信アンテナによって送信すべきダウンリンク通信信号に対して所定の時間期間だけ遅延する段階によって構成され；前記所定の時間期間は、少なくとも１疑似雑音チップによって構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記判定する段階は：
ａ１）前記通信ユニットによって、アップリンク通信信号を送信する段階；
ａ２）前記基地サイトによって、前記第１セクタの第１部分から前記アップリンク通信信号を受信する段階；
ａ３）前記基地サイトによって、前記第１セクタの第２部分から前記アップリンク通信信号を受信する段階；および
ａ４）前記基地サイトにおいて、前記第１部分から受信されたアップリンク通信信号を、前記第２部分から受信されたアップリンク通信信号と比較して、前記通信ユニットの前記概略位置を判定する段階；
によって構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、一般に、無線通信システムに関し、さらに詳しくは、無線通信システムにおいて基地サイトと通信ユニットとの間で通信信号を伝達する方法および装置に関する。
発明の背景
セルラ通信システムまたはトランクド双方向通信システム(trunked two-way communication system)などの通信システムは、複数の通信ユニットおよび複数の基地サイト(base site)からなることが知られている。セルラ通信システムでは、各基地サイトは１つまたはそれ以上の基地局(base station)を含み、特定のカバー・エリア(coverage area)またはセルに通信サービスを提供する。各セルは、セルラ・システムの容量を増加するため、セルにサービスを提供する基地サイトにおいて指向性アンテナを利用することにより複数のセクタに一般に分割される。セルの各セクタは、基地サイトにおける基地局の１つによってサービスが提供され、このセクタにおける通信のために用いられる特定のセットのチャネルが割り当てられる。各チャネルは、周波数分割多重接続（ＦＤＭＡ）通信システムにおける受信／送信周波数対，時分割多重接続（ＴＤＭＡ）通信システムにおける受信／送信スロット対またはスペクトル拡散通信システムにおける割当システム帯域幅の指定された部分によって構成される。各セットに割り当てられるチャネルは、セルラ・システムの所望のチャネル再利用パターンによって決定される。
大量の同一チャネル干渉および雑音による信号品質の劣化なしに容量を最大にするため、セルラ・システムは、４つおよび７つのチャネル再利用パターンを一般に採用する。４セル再利用パターンでは、すべての割当可能なチャネル（すなわち、双方向通信に利用されるチャネル）は、４つのセットに分割され、各セットは各セル用である。同様に、７セル再利用パターンでは、すべての割当可能なチャネルは７つのセットに分割される。しかし、所望の信号品質（例えば、１７ｄＢの搬送波対干渉プラス雑音比、すなわちＣ／Ｉ＋Ｎ）を維持するため、４セル再利用パターンにおける各セルは６つの６０度セクタに一般に分割され、一方、７セル再利用パターンにおける各セルは、３つの１２０度セクタに一般に分割される。セルがセクタ化されると、このセルに割り当てられるチャネルの特定のセットは同様に分割され、セル内の各セクタには、セルに割り当てられたチャネルの固有のサブセットが割り当てられる。セル内のチャネル分割は、既知の方法に基づいて同一チャネル干渉，隣接チャネル干渉および雑音を最小限に抑えるために一般に行われる。
セル境界において適切な有効範囲(coverage)を提供するため、各基地サイトは一般に高電力送信機を採用する。各送信機の電力は、セルのセクタ化に依存する。例えば、１２０度の半電力ビーム幅(half power beamwidth:ＨＰＢＷ)を有するアンテナに比べて、６０度のＨＰＢＷを有するアンテナの指向性が高いため、セクタ境界において所望の信号レベルを維持するためには、６０度セクタよりも１２０度セクタのほうがより高い電力送信機を必要とする。
周知のように、セルラ・システムにおけるセルは一般に六角形である。そのため、各セルは６つの近隣セルを有する。任意の２つのセル間境界付近のエリアは、セルのフリンジ・エリア(fringe area)またはハンドオフ領域(handoff region)と一般に呼ばれる。従って、通信ユニットが通信中で、そのホスト・セルのフリンジ・エリアに入ると、このホスト・セルの基地サイトは、近隣セルのうち１つにサービスを提供する基地サイトに通信をハンドオフすることがある。
また周知のように、セルラ通信システムは、ＴＤＭＡ，ＦＤＭＡおよび符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）などのシグナリング・アクセス・フォーマットを利用して、通信ユニットとその相当基地局との間で通信信号を伝達する。ＣＤＭＡシステムでは、システム内のすべての通信ユニットは、共通の逆方向チャネル帯域幅においてアップリンク通信信号を各基地局に送信する。しかし、各アップリンク通信信号は、（直接シーケンスＣＤＭＡにおいて）疑似雑音（ＰＮ：pseudo-noise）シーケンスを挿入することにより、あるいは（低速または高速周波数ホッピングＣＤＭＡにおいて）所定の周波数ホッピング・パターンによって、担当基地局と関連づけられる。ＰＮシーケンスおよび周波数ホッピング・パターンにより、基地局はどのアップリンク信号が基地局の受信機によって受信されるのかを識別できる。同様に、各基地局は、共通の順方向チャネル帯域幅において、そのカバー・エリアにおける通信ユニットにダウンリンク通信信号を送信する。
ＣＤＭＡの登場に伴う発見および技術的進歩により、セルラ・システム設計者は１セル／１セクタ・チャネル再利用パターンを利用できるようになった。１セル・チャネル反復パターンは、ＦＤＭＡおよびＴＤＭＡセルラ・システムで試みられているが、このような試みでは、システムは劣化した信号品質レベル（例えば、１３ｄＢのＣ／Ｉ＋Ｎ）で動作する必要がある。対照的に、ＣＤＭＡの１セル／１セクタ反復パターンは、許容可能な信号品質レベルを一般に維持できる。
１セクタＣＤＭＡ再利用構成では、各セクタは、他のセクタ化方式のように割り当て可能なチャネルを分割せずに、同一チャネルをその近隣セクタとして再利用する。しかし、１セクタ・チャネル再利用パターンを利用するＣＤＭＡシステムでは、通信ユニットが２つまたはそれ以上のセクタ間のハンドオフ領域に位置するとき、問題が生じる。通信ユニットがハンドオフ領域にあるとき、２つまたはそれ以上の基地局送信機からダウンリンク通信信号を同時に受信する。従って、各基地局は、セクタ境界にて十分な有効範囲を提供する送信機を利用して各セクタに送信するので、送信ユニットは共通の順方向チャネル帯域幅において基地局によって生成される雑音，同一チャネル干渉および隣接チャネル干渉も受信する。よって、通信ユニットはダウンリンク通信信号を干渉および雑音から区別できない場合が多い。このように区別できないことの結果、セルのフリンジ・エリアにおける順方向チャネル劣化により、信号品質の劣化，呼損およびＣＤＭＡシステムの容量制限が生じる。
通信ユニットがセルのフリンジ・エリアにある場合に、共通の逆方向チャネル帯域幅における劣悪な信号対雑音性能によって、基地局でも同様な問題が生じる。基地局は、それぞれのセクタにおける通信ユニットと、近隣セクタのフリンジ・エリアにおける通信ユニットとから、アップリンク通信信号を受信する。よって、通信ユニットが基地局によって受信される全雑音を克服するのに十分な送信電力を有していない場合、基地局は通信ユニットのアップリンク信号を雑音から区別できない。
従って、通信ユニットと、セクタ化カバー・エリアにサービスを提供する基地局との間で通信信号を伝達する方法および装置が必要とされる。各チャネルにおける干渉および雑音を低減することにより、順方向チャネル，逆方向チャネルまたはその両方において容量を改善するこのような方法および装置は、従来技術に対する改善である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を採用できる通信システムを示す。
第２図は、本発明による基地サイトを示す。
第３図は、本発明を採用できる別の通信システムを示す。
第４図は、本発明による別の基地サイトを示す。
第５図は、本発明による基地サイトのセクタ化カバー・エリアの各セクタについて、受信アンテナ構造および送信アンテナ構造をサポートする基地サイト・アンテナ塔を示す。
第６図は、本発明によりアップリンク通信信号を送信するために基地サイトによって実行されるステップの論理フロー図を示す。
第７図は、本発明により基地サイトにてアップリンク通信信号を受信するために実行されるステップの論理フロー図を示す。
好適な実施例の説明
一般に、本発明は、通信システムにおいて、通信ユニットと、セクタ化カバー・エリアにサービスを提供する基地サイトとの間で通信信号を伝達する方法および装置に関する。通信ユニットは、アップリンク通信信号を基地サイトに送信する。基地サイトは、アップリンク通信信号を受信して、セクタ化カバー・エリアのセクタの第１部分内で通信ユニットの概略位置を判定する。次に、セクタの角度幅よりも狭いビーム幅を生成するアンテナ構造を利用して、通信ユニットの概略位置に基づき、ダウンリンク通信信号は通信ユニットに送信される。このように通信信号を伝達することによって、本発明は、セクタのフリンジ・エリアにおいて通信ユニットによって受信される干渉および雑音の量を効果的に低減し、それによりフリンジ・エリアにおいて通信ユニットによって受信される通信信号の信号品質を改善する。このような信号品質改善の結果、セクタの順方向通信容量が増加する。
本発明は、第１図ないし第７図を参照してさらに詳しく説明できる。第１図は、本発明を採用できる通信システムを示す。通信システム１００は、通信ユニット１０５と、セクタ化カバー・エリア１０３にサービスを提供する基地サイト１０１とによって構成される。通信システム１００は、好ましくは、ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５(Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Association Interim Standard 95)で規定される直接シーケンスＣＤＭＡ（ＤＳ−ＣＤＭＡ）システムなどのスペクトル拡散通信システムや、国内のパーソナル通信システム（ＰＣＳ：Personal Communications System）について提案されるような周波数ホッピング・システムによって構成される。別の実施例では、通信システムは、ＥＩＡ／ＴＩＡ／ＩＳ−５４およびＧＳＭ(Global System for Mobile)に規定されるようなＴＤＭＡ通信システムや、ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９１で規定されるようなＦＤＭＡシステムで構成されてもよい。通信ユニット１０５は、好ましくは、移動または携帯無線電話によって構成されるが、他の種類の双方向通信装置も利用できる。基地サイト１０１については、第２図を参照して以下で詳しく説明する。
上記のように、基地サイト１０１のカバー・エリア１０３は、複数のセクタ１０６〜１０８（３つを図示）に分割される。好適な実施例では、各セクタ１０６〜１０８は、カバー・エリア１０３の約１２０度を占めるが、他のセクタ化方式（例えば、６０度セクタ）も利用できる。この図に示すように、セクタ１０６は、セクタ１０８の一辺または境界１２１に隣接し、セクタ１０７は、セクタ１０８の別の境界１２２に隣接する。図示の実施例は、セクタ１０８は複数の部分１１０，１１１（この特定の例では、２つ）にさらに分割される。ただし、好適な実施例では、カバー・エリア１０３のすべてのセクタ１０６〜１０８は、セクタ１０８と同様に配分される。基地サイト１０１は、対応する狭ビーム・アンテナ・パターン１１５，１１７でセクタ１０８の各部分１１０，１１１にサービスを提供する。
本発明による基地サイト１０１と通信ユニット１０５との間の通信信号の伝達は、一般に次のように行われる。本説明に限り、通信ユニット１０５は通信システム１００に登録され、かつ基地サイト１０１によってサービスが提供されると想定する。通信ユニット１０５が通信したい場合、通信ユニット１０５はアップリンク・トラヒック通信信号１１３（例えば、音声またはデータ信号）を基地サイト１０１に送信する。基地サイト１０１は、各セクタ１０６〜１０８を担当する受信アンテナからアップリンク通信信号１１３を受信する。各セクタ１０６〜１０８は、システム構成に応じて、１つまたはそれ以上の受信アンテナが担当する（例えば、ダイバーシチ受信を利用する場合、セクタ１０６〜１０８当たり２つのアンテナが一般的な構成である）。
基地サイト１０１は、アップリンク通信信号１１３を受信すると、好ましくは、通信ユニット１０５が現在位置するセクタ１０８に実質的に隣接するカバー・エリア１０３の各セクタ１０６，１０７から受信されるアップリンク信号１１３を比較することによって、通信ユニット１０５の概略位置を判定する。好適な実施例では、この比較は受信アップリンク信号１１３の信号強度に対して行われるが、ビット誤り率，ワード誤り率または搬送波対干渉プラス雑音比など、他の信号品質メトリックを利用して比較を行うことができる。
セクタ１０７において受信されたアップリンク信号１１３の信号強度がセクタ１０６において受信されたアップリンク信号１１３の信号強度よりも大きい場合、基地サイト１０１は通信ユニット１０５がセクタ１０８の部分１１１に位置すると判断し、そして狭ビーム・アンテナ・パターン１１７を利用してダウンリンク通信信号（例えば、トラヒック信号または専用制御信号）を通信ユニット１０５に送信する。同様に、セクタ１０６において受信されたアップリンク信号１１３の信号強度がセクタ１０７において受信されたアップリンク信号１１３の信号強度よりも大きい場合、基地サイト１０１は通信ユニット１０５が部分１１０に位置すると判断し、狭ビーム・アンテナ・パターン１１５を利用してダウンリンク通信信号を通信ユニット１０５に送信する。
セクタ１０６において受信されたアップリンク信号１１３の信号強度がセクタ１０７において受信されたアップリンク信号１１３の信号強度とほぼ等しい場合、基地サイト１０１は通信ユニット１０５が２つの狭ビーム・アンテナ・パターン１１５，１１７の重複領域１１９にあると判断し、そのため両方の狭ビーム・アンテナ・パターン１１５，１１７を利用してダウンリンク通信信号を通信ユニット１０５に送信することがある。好適な実施例では、狭ビーム・アンテナ・パターン１１５を用いて送信されるダウンリンク通信信号は、狭ビーム・アンテナ・パターン１１７を用いて送信されるダウンリンク通信信号に対して、送信の前に逆相関(decorrelated)され、重複領域１１９において十分な有効範囲を提供する（すなわち、ダウンリンク通信信号の破壊的干渉の確率を最小限に抑える）。ダウンリンク通信信号の逆相関は、好ましくは、以下で詳説するように、１つのダウンリンク信号を他のダウンリンク信号に対して所定の時間期間だけ遅延することによって行われる。
別の実施例では、通信ユニット１０５は、カバー・エリア１０３内の通信ユニットの位置を判定するため、ＧＰＳ(global positioninig satellite)受信機を含んでもよい。このような実施例では、通信ユニット１０５は自局の位置を基地サイト１０１に送信し、基地サイト１０１は、通信ユニット１０５が現在位置するセクタ１０８の部分（例えば、１１１）にその後ダウンリンク通信信号を送信する。通信ユニットの位置を判定するため通信ユニットにおいてＧＰＳ受信機を利用することは、米国特許第５，２３５，６３３号"Cellular Telephone System That Uses Position Of A Mobile To Make Calll Management Decisions"において詳細に説明され、本明細書に参考として含まれる。従って、本発明の理解を促す場合を除いて、これ以上説明しない。
第１図に示すように、この特定の実施例における各狭ビーム・アンテナ・パターン１１５，１１７は、セクタ１０８のほぼ２分の１、すなわち６０度を占めるが、他のセクタ分割方式（例えば、１００度部分および２０度部分）も利用できる。ただし、従来のセクタ化方式とは対照的に、セクタ１０８の各部分１１０，１１１は、従来のセクタ化の場合にように各部分１１０，１１１においてバラバラのチャネル割当を必要とせずに、セクタ１０８に割り当てられたすべてのチャネルを利用できる。
上記の説明は、基地サイト１０１と通信ユニット１０５との間のトラヒック通信信号（例えば、音声またはデータ）および専用制御信号、例えば、通信ユニット１０５に特有のハンドオフなどのシステム状態を通信ユニットに通知するために用いられる専用制御信号の伝達に一般に関する。しかし、基地サイトのカバー・エリア１０３における基地サイト１０１から通信ユニットへの共通システム制御情報の送信も、特に配分セクタ１０８内において考慮すべきである。セクタ１０８に位置する通信ユニット（例えば、１０５）に共通システム制御情報を送信する場合、基地サイト１０１は両方の狭ビーム・アンテナ・パターン１１５，１１７を利用してダウンリンク共通制御信号を送信する。この送信は、部分１０８の重複領域１１９へのトラヒック信号の送信について上で説明したのと同様に行われる。すなわち、部分１１１へのダウンリンク共通制御信号の送信は、重複領域１１９に位置するこれらの通信ユニットに十分な有効範囲を提供するため、好ましくは、部分１１０へのダウンリンク共通制御信号の送信に対して逆相関される。
好適な実施例では、セクタ１０８のそれぞれの部分１１０，１１１に指向性ダウンリンク信号を送信するために用いられる送信電力は、狭ビーム・アンテナ・パターン１１５，１１７の指向性のため、完全な１２０度セクタ１０８にダウンリンク信号を送信するために一般に用いられる送信電力よりも小さい。基地サイトのカバー・エリア１０３の特定の部分（例えば、１１１）において通信ユニット１０５にサービスを提供するための所要送信電力が小さいので、特に通信システム１００がＤＳ−ＣＤＭＡシステムの場合には、カバー・エリア１０３の他の部分１１０のフリンジ・エリアに発生する干渉および雑音はそれに応じて低くなる。配分セクタ１０８の各部分１１０，１１１に低い干渉および雑音しか発生しないことにより、セクタ１０８の全体的な順方向チャネル（基地サイト１０１から通信ユニット１０５）容量は、従来のセクタ化カバー・エリアの順方向チャネル容量に比べて増加する。従って、本発明は、従来技術のようにセクタ間のハンドオフ領域（フリンジ・エリア）における干渉および雑音の増加により各セクタにおいて容量を低減せずに、１セクタ・チャネル再利用パターンの利用を容易にする。
第２図は、本発明による第１図の基地サイト１０１を示す。基地サイト１０１は、とりわけ、複数の受信アンテナ２０１〜２０４，複数の送信アンテナ２０６，２０７および受信機２０９によって構成される。この特定の実施例では、受信アンテナ２０１は、セクタ１０８の部分１１０からアップリンク通信信号を受信する、狭ビーム・アンテナ・パターン１１５を有する指向性アンテナによって構成される。受信アンテナ２０２は、セクタ１０８の部分１１１からアップリンク通信信号を受信する、狭ビーム・アンテナ・パターン１１７を有する指向性アンテナによって構成される。受信アンテナ２０３，２０４は、セクタ１０６，１０７からそれぞれアップリンク通信信号を受信する指向性アンテナによって構成される。各受信アンテナ２０１〜２０４は、ダイバーシチ方式が採用されるかどうかに応じて、１つまたはそれ以上の指向性アンテナによって構成されてもよい。
同様に、送信アンテナ２０６は、セクタ１０８の部分１０１にダウンリンク通信信号を送信する狭ビーム・アンテナ・パターン１１５を有する指向性アンテナによって構成され、送信アンテナ２０７は、セクタ１０８の部分１１１にダウンリンク通信信号を送信する狭ビーム・アンテナ・パターン１１７を有する指向性アンテナによって構成される。しかし、第１図に示すように、送信アンテナ２０６，２０７は一緒に、セクタ１０８を実質的に網羅する１つの広ビーム・アンテナ・パターンを形成する。好適な実施例では、受信機２０９は、ＤＳ−ＣＤＭＡアップリンク信号を受信し、かつこれらの信号の信号強度を測定・比較するために必要な既知の電子回路（例えば、フィルタ，増幅器，復調器および処理デバイス）によって構成される。
本発明の理解を促すため、以下では必要に応じて第１図を参照する。通信ユニット１０５がセクタ１０８の部分１１１からアップリンク・トラヒック信号１１３を送信する場合、アップリンク信号１１３は受信アンテナ２０１〜２０４によって受信される。受信アンテナ２０３，２０４は、各受信信号を独立して受信機２０９に与え、また受信アンテナ２０１，２０２によって受信されたアップリンク信号１１３は、まず逆相関され、次に合成器(combiner)２１３において合成されてから、受信機２０９に与えられる。逆相関は、好ましくは、配分セクタ１０８を担当する受信アンテナ２０１，２０２のうち１つ（例えば、２０２）と合成器２１３との間に挿入されたマイクロ波遅延ラインまたはシフト・レジスタ遅延ラインなどの遅延素子２１７を利用して行われる。遅延素子２１７は、１つの受信アンテナ２０２によって受信されたアップリンク信号１１３を、他の受信アンテナ２０１によって受信されたアップリンク信号１１３に対して所定の時間期間だけ遅延させて、２つの受信信号を逆相関する。ＤＳ−ＣＤＭＡシステム１００では、所定の時間期間は、好ましくは、１ＰＮチップ（すなわち、約８００ナノ秒）からなる。この逆相関により、受信機２０９は既知の方法に従って各受信アップリンク信号１１３を独立して復調できる。しかし、受信アンテナ２０１，２０２によって受信されたアップリンク信号１１３は、本実施例では受信機２０９に送出される前に合成されるので、受信機２０９は１つの通信ユニット送信から３つのアップリンク信号１１３を受信し、ここで各受信信号は特定のセクタ１０６〜１０８に対応する。
好適な実施例では、受信機２０９は、３つのアップリンク信号を受信すると、受信アンテナ２０３，２０４によって受信されたアップリンク信号１１３を比較することにより、通信ユニット１０５の概略位置（すなわち、配分セクタ１０８の部分１１１）を判定する。上述のように、受信アンテナ２０４によって受信されたアップリンク信号１１３の信号強度が受信アンテナ２０３によって受信されたアップリンク信号１１３の信号強度よりも大きい場合、受信機２０９は通信ユニット１０５がセクタ１０８の部分１１１に位置すると判断する。同様に、受信アンテナ２０３によって受信されたアップリンク信号１１３の信号強度が受信アンテナ２０４によって受信されたアップリンク信号１１３の信号強度よりも大きい場合、受信機２０９は通信ユニット１０５がセクタ１０８の部分１１０に位置すると判断する。よって、好適な実施例では、受信機２０９または少なくとその一部は、信号強度比較に基づいて、ダウンリンク・トラヒックまたは専用制御信号を中継すべきセクタ１０８の部分（例えば、１１１）を識別する手段に実質的になる。適切な部分１１１が識別されると、受信機２０９は制御ライン２１２を介してスイッチ２１１（例えば、既知の伝送ゲート回路）に指示して、識別された部分１１１を担当する対応する狭ビーム送信アンテナ（例えば、２０７）にダウンリンク信号を与える。
次に、選択された送信アンテナ２０７は、セクタ１０８の適切な部分１１１にダウンリンク信号を伝達する。このように、スイッチ２１１，制御ライン２１２および送信アンテナ２０６，２０７は、通信ユニット１０５が現在位置するセクタ１０８の適切な部分１１０または部分１１０，１１１に、ダウンリンク信号を中継する選択手段を総合的に構成する。
別の実施例では、受信機２０９は、通信ユニット１０５の概略位置を判定し、それにより、通信ユニット１０５による基地サイト１０１によって送信されるダウンリンク通信信号の信号強度測定に基づいて、分割セクタ１０８のどの部分に送信すべきかを判断してもよい。この場合、通信ユニット１０５は、基地サイト１０１から受信されるダウンリンク信号を測定し、被測定信号強度情報を基地サイト１０１に返信する。通信ユニットの測定に基づいて、次に基地サイト１０１は、ダウンリンク信号が配分セクタ１０８の適切な部分１１１に送信されているかどうかを判定する。この判定は、通信ユニットの被測定信号強度を所定の閾値と比較することによって達成できる。
さらに別の実施例では、受信機２０９は通信システム１００の別の基地サイト（図示せず）において行われた信号強度測定に基づいて、通信ユニット１０５の概略位置を判断できる。この実施例では、他の基地サイトは、通信ユニット１０５によって送信されたアップリンク信号１１３の信号強度を測定する。次に、他の基地サイトは、これらの測定を中央位置（例えば、基地サイト１０１）に伝達し、ここで通信ユニットの位置は既知の三角測量方法を利用して推定される。
さらに別の実施例では、受信機２０９は、通信ユニット１０５によって行われる、通信システム１００における他の基地局（図示せず）によって送信されたダウンリンク通信信号の信号強度測定に基づいて、通信ユニット１０５の概略位置を判定できる。次に、通信ユニット１０５は、これらの測定を中央位置（例えば、基地サイト１０１）に伝達し、ここで通信ユニットの位置が既知の三角測量方法を利用して推定される。
上記のように基地サイト１０１から配分セクタ１０８に共通システム制御信号を送信する場合、基地サイト１０１は、好ましくは、１つの送信アンテナ２０７に与えられる共通制御信号を、別の送信アンテナ２０６に与えられる共通制御信号に対して逆相関する。好適な実施例では、この逆相関は、送信アンテナ２０７に与えられる共通制御信号を、シフト・レジスタ遅延ラインなどの遅延素子２２１を利用して、例えば、ＤＳ−ＣＤＭＡ制御信号について１ＰＮチップなど、所定の時間期間だけ遅延することによって行われる。好適な実施例では、ダウンリンク共通制御信号は、各加算器２１４，２１５においてダウンリンク・トラヒック信号と加算されてから、適切な送信アンテナ２０６，２０７に与えられる。このような手法により、ダウンリンク共通制御信号を完全なセクタ１０８に中継でき、ダウンリンク・トラヒック信号は選択された部分（例えば、１１１）にのみ送られる。
上述のように、受信アンテナ２０１，２０２は、セクタ１０８からアップリンク通信信号１１３を受信する。しかし、受信信号は受信機２０９に与えられる前に合成されるので、これらの信号は通信ユニットの概略位置の判定において役立たないことがある。別の実施例では、基地サイト１０１は逆相関を行う遅延素子２１７を制御するための変調器をさらに含む。変調器２１９は、たとえば、周期的な変調パターンを利用して、遅延素子２１７によって挿入される遅延を変調するために用いられ、それにより受信機２０９が認識するための識別可能なシグナチャ(signature)を与える。変調パターンを認識すると、受信機２０９は、受信信号が受信機２０９に与えられる前に被変調遅延を受けた、受信アンテナ２０２が担当するセクタ１０８の部分（たとえば、１１１）からアップリンク信号が受信されたことを判断できる。同様に、受信機２０９が変調されていないアップリンク信号を合成器２１３から受信した場合、受信機２０９は、受信信号が被変調遅延を受けなかった、受信アンテナ２０１が担当するセクタ１０８の部分（たとえば、１１０）からアップリンク信号が受信されたことを判断できる。
さらに別の実施例では、受信アンテナ２０１，２０２によって受信されたアップリンク信号は、独立して受信機２０９に与えられ、セクタ１０８のどの部分１１０，１１１に通信ユニット１０５が位置するのかを受信機２０９は容易に判断できる。
第３図は、本発明を採用できる別の通信システム３００を示す。通信システム３００は、通信ユニット３０５と、セクタ化カバー・エリア３０３にサービスを提供する基地サイト３０１とによって構成される。通信システム３００は、第１図について説明したシステムのうちの任意の一つによって構成されてもよい。通信ユニット３０５は、好ましくは、移動または携帯無線電話によって構成されるが、他の種類の双方向通信装置も利用できる。基地サイト３０１については、第４図を参照して以下で詳細に説明する。
基地サイト３０１のカバー・エリア３０３は、第１図で説明したカバー・エリアと同様に複数のセクタ３０７〜３０９（３つを図示）に分割される。この図に示すように、セクタ３０７はセクタ３０９の一辺または境界３２４に隣接し、セクタ３０８はセクタ３０９の別の境界３２６に隣接する。セクタ３０９は、複数の部分３１１〜３１６（この特定の例では６つ）にさらに分割される。好適な実施例では、基地サイト３０１は、対応する狭ビーム・アンテナ・パターン３１７〜３２２でセクタ３０９の各部分３１１〜３１６に送信する。
本発明の本実施例により基地サイト３０１と通信ユニット３０５との間のトラヒックまたは専用制御信号の伝達は、一般に次のように行われる。通信ユニットが通信したい場合、通信ユニット３０５はアップリンク通信信号３３４を基地サイト３０１に送信する。基地サイト３０１は、分配セクタ３０９に隣接したセクタ３０７，３０８を担当する受信アンテナから、および分配セクタ３０９を担当する受信アンテナからアップリンク信号３３４を受信する。例えば、この特定の実施例では、第４図について以下で詳細するように、３つの受信アンテナは分配セクタ３０９を担当し、各アンテナは部分３１１〜３１６の対（例えば、３１１〜３１２）を担当する。
アップリンク信号３３４を受信する場合、基地サイト３０１は、好ましくは、配分セクタ３０９と、この配分セクタ３０９に隣接するセクタ３０７，３０８とを担当する受信アンテナによって受信される信号の信号強度を比較することによって、通信ユニット３０５の概略位置を判定する。最も高い信号強度を与える受信アンテナは、通信ユニット３０５が位置するであろうセクタ３０７，３０８または部分３１３〜３１４の対に対応する。第３図に示すように、通信ユニット３０５は、一対の部分３１３〜３１４のうち部分３１４に現在位置する。通信ユニット３０５が位置するのは対３１３，３１４のうちどの部分３１４かを識別するため、基地サイト３０１は、通信ユニット３０５が位置する一対の部分３１３〜３１４に隣接する部分３１１〜３１２，３１５〜３１６の対を担当する受信アンテナによって受信されるアップリンク信号３３４について、受信信号強度を比較する。
部分３１１〜３１２を担当する受信アンテナによって受信されるアップリンク信号３３４の信号強度が部分３１５〜３１６を担当する受信アンテナによって受信されるアップリンク信号３３４の信号強度よりも大きい場合、基地サイト３０１は、通信ユニット３０５が識別された対の部分３１３〜３１４のうち部分３１３に位置することを判断し、狭ビーム・アンテナ・パターン３１９を利用してダウンリンク通信信号を通信ユニット３０５に送信する。同様に、部分３１５〜３１６を担当する受信アンテナによって受信されるアップリンク信号３３４の信号強度が部分３１１〜３１２を担当する受信アンテナによって受信されるアップリンク信号３３４の信号強度よりも大きい場合（第３図に示す場合のように）、基地サイト３０１は、通信ユニット１０５が識別された対の部分３１３〜３１４のうち部分３１４に位置することを判断し、狭ビーム・アンテナ・パターン３２０を利用してダウンリンク通信信号を通信ユニット３０５に送信する。
部分３１１〜３１２を担当する受信アンテナによって受信されるアップリンク信号３３４の信号強度が部分３１５〜３１６を担当する受信アンテナによって受信されるアップリンク信号３３４の信号強度とほぼ等しい場合、基地サイト３０１は、通信ユニット３０５が狭ビーム・アンテナ・パターン３１９，３２０の重複領域３３０にあると判断して、そのため両方の狭ビーム・アンテナ・パターン３１９，３２０を利用してダウンリンク通信信号を通信ユニット３０５に送信することがある。好適な実施例では、狭ビーム・アンテナ・パターン３２０を利用して送信されるダウンリンク通信信号は、狭ビーム・アンテナ・パターン３１９を利用して送信されるダウンリンク通信信号に対して、送信の前に逆相関され、重複領域３３０において十分な有効範囲を提供する。ダウンリンク通信信号の逆相関は、好ましくは、以下で詳説するように、１つのダウンリンク信号を他のダウンリンク信号に対して所定の時間期間だけ遅延することによって行われる。
上記の説明では、通信ユニット３０５は配分セクタ３０９の中央に位置し、通信ユニットの概略位置は、配分セクタ３０９を担当する受信アンテナによって受信されるアップリンク信号３３４の信号強度を比較することによって判定された。しかし、別の実施例では、通信ユニット３０５は、例えば、部分３１６に位置し、そのとき基地サイトは、セクタ３０８において受信されたアップリンク信号３３４の信号強度を、配分セクタ３０９の部分３１３〜３１４を担当する受信アンテナによって受信されたアップリンク信号３３４の信号強度と比較して、通信ユニットが部分３１５，部分３１６または重複領域３３２に位置するかを判断する。
基地サイトの重複領域３０３における基地サイト３０１から通信ユニットへの共通システム制御情報の送信は、特に配分セクタ３０９内では、第１図について説明したのと同様に行われる。システム制御情報をセクタ３０９に位置する通信ユニット（例えば、３０５）に送信する場合、基地サイト３０１は、すべての狭ビーム・アンテナ・パターン３１７〜３２２を利用してダウンリンク制御信号を送信する。この送信は、部分３１３，３１４の重複領域３３０へのトラヒック信号の送信について説明したのと同様な方法で行われる。すなわち、各部分３１１〜３１６へのダウンリンク制御信号の送信は、重複領域３２８〜３３２に位置するこれらの通信ユニットに対して十分な有効範囲を提供するため、好ましくは、隣接部分３１１〜３１６へのダウンリンク制御信号の送信に対して逆相関される。
第４図は、本発明による第３図の基地サイト３０１を示す。基地サイト３０１は、とりわけ、複数の受信アンテナ４０１〜４０５，複数の送信アンテナ４０７〜４１２および受信機４１３によって構成される。受信機４１３は、好ましくは、第２図の受信機２０９と同等である。この特定の実施例では、受信アンテナ４０１は、セクタ３０９の部分３１１〜３１２からアップリンク通信信号を受信する、狭ビーム・アンテナ・パターンを有する指向性アンテナによって構成される。受信アンテナ４０２は、セクタ３０９の部分３１３〜３１４からアップリンク通信信号を受信する、狭ビーム・アンテナ・パターンを有する指向性アンテナによって構成される。受信アンテナ４０３は、セクタ３０９の部分３１５〜３１６からアップリンク通信信号を受信する、狭ビーム・アンテナ・パターンを有する指向性アンテナによって構成される。受信アンテナ４０４，４０５は、セクタ３０７，３０８からそれぞれアップリンク通信信号を受信する指向性アンテナによって構成される。各受信アンテナ４０１〜４０５は、ダイバーシチ方式が採用されるかどうかに応じて、１つまたはそれ以上の指向性アンテナによって構成されてもよい。
同様に、送信アンテナ４０７は、セクタ３０９の部分３１１にダウンリンク通信信号を送信する狭ビーム・アンテナ・パターン３１７を有する指向性アンテナによって構成され、送信アンテナ４０８は、セクタ３０９の部分３１２にダウンリンク通信信号を送信する狭ビーム・アンテナ・パターン３１８を有する指向性アンテナによって構成される。送信アンテナ４０９は、セクタ３０９の部分３１３にダウンリンク通信信号を送信する狭ビーム・アンテナ・パターン３１９を有する指向性アンテナによって構成され、送信アンテナ４１０は、セクタ３０９の部分３１４にダウンリンク通信信号を送信する狭ビーム・アンテナ・パターン３２０を有する指向性アンテナによって構成される。送信アンテナ４１１は、セクタ３０９の部分３１５にダウンリンク通信信号を送信する狭ビーム・アンテナ・パターン３２１を有する指向性アンテナによって構成され、送信アンテナ４１２は、セクタ３０９の部分３１６にダウンリンク通信信号を送信する狭ビーム・アンテナ・パターン３２２を有する指向性アンテナによって構成される。第３図に示すように、送信アンテナ４０７〜４１２は一緒に、配分セクタ３０９を実質的に網羅する１つの広ビーム・アンテナ・パターンを形成する。
本発明の理解を促すため、以下では必要に応じて第３図を参照する。通信ユニット３０５がセクタ３０９の部分３１４からアップリンク・トラヒック信号３３４を送信する場合、アップリンク信号３３４は受信アンテナ４０１〜４０５によって受信される。次に、各受信信号は、受信機４１３に個別に与えられる。受信機４１３は受信信号の信号強度を比較して、第３図について説明したように、通信ユニット３０５の概略位置を判定し、また送信すべき配分セクタ３０９の適切な部分３１４を識別する。適切な部分３１４が識別されると、受信機４１３は、制御ライン４１５を介してスイッチ４１４を指示して、識別された部分３１４を担当する送信アンテナ４１０にダウンリンク・トラヒック信号または専用制御信号を与える。次に、選択されたアンテナ４１０は、識別された部分３１４における通信ユニット３０５にダウンリンク信号を伝達する。
基地サイト３０１から配分セクタ３０９に共通システム制御信号を送信する場合、基地サイト３０１は、好ましくは、送信アンテナ４０８，４１０，４１２に与えられた共通制御信号を、送信アンテナ４０７，４０９，３１１に与えられた共通制御信号に対して逆相関する。好適な実施例では、この逆相関は、遅延素子４１６〜４１８を利用して、送信アンテナ４０８，４１０，４１２に与えられた共通制御信号を、ＤＳ−ＣＤＭＡ制御信号について例えば１ＰＮチップなどの所定の時間期間だけ遅延することによって行われる。別の実施例では、各共通制御信号について固有の遅延を挿入するため、追加遅延素子（図示せず）を内蔵してもよい。各遅延素子４１６〜４１８は、第２図で説明したように、マイクロ波遅延ラインまたはシフト・レジスタ遅延ラインから構成してもよい。交互のアンテナ４０８，４１０，４１２に与えられる共通制御信号の逆相関は、セクタ３０９の任意の部分３１１〜３１６における共通制御信号の破壊的干渉の確率を最小限に抑えることにより、特に重複領域３２８〜３３２において、配分セクタ３０９の十分な有効範囲を保証する。
好適な実施例では、ダウンリンク共通制御信号は、各加算器４１９〜４２４においてダウンリンク・トラヒック信号と加算されてから、適切な送信アンテナ４０７〜４１２に与えられる。このような手法により、ダウンリンク共通制御信号を完全なセクタ３０９に中継でき、ダウンリンク・トラヒック信号は選択された部分（例えば、３１４）にのみ中継される。
第５図は、本発明により基地サイトのセクタ化カバー・エリアの各セクタについて受信アンテナ構造および送信アンテナ構造をサポートする基地サイト・アンテナ塔５００を示す。各受信アンテナ構造は、好ましくは、基地サイトのカバー・エリアの特定のセクタからアップリンク通信信号を受信する複数の指向性受信アンテナ（例えば、５０１〜５０４および５０８，５０９）によって構成される。
第５図に示すように、受信アンテナ５０１，５０３は、カバー・エリアの第１セクタの１つの部分に対してダイバーシチ受信を行い、受信アンテナ５０２，５０４は第１セクタの別の部分に対してダイバーシチ受信を行う。同様に、受信アンテナ５０８，５０９は、カバー・エリアの第２セクタに対してダイバーシチ受信を行う。
各送信アンテナ構造は、図示のように１つまたはそれ以上の送信アンテナ５１０〜５１３によって構成されてもよい。好適な実施例では、送信アンテナ構造は、カバー・エリアの第１セクタの各部分にダウンリンク通信信号を送信するために用いられる複数の指向性送信アンテナ５１１〜５１３（第１図ないし第４図について説明済み）によって構成される。よって、好適な実施例では、各送信アンテナ５１１〜５１３は、第１セクタの角度幅（例えば、１２０度）よりも狭いビーム幅（例えば、４０度）のアンテナ・パターンを有する。別の実施例では、送信アンテナ構造は、第２セクタの各部分に独立して送信する単一のアンテナ５１０によって構成されてもよい。この実施例では、単一アンテナ５１０は、好ましくは周知の操縦ビーム・アンテナ(steerable beam antenna)によって構成される。
第６図は、本発明により基地サイトによって実行されるステップの論理フロー図６００を示す。論理フローは、基地サイト受信機が基地サイトにおいて多重受信アンテナで通信ユニットからアップリンク通信信号を受信する（６０３）ときに開始する（６０１）。好適な実施例では、多重受信アンテナは、基地サイトのセクタ化カバー・エリアの各セクタから信号を受信する、（ダイバーシチを利用するかどうかに応じて）１つまたはそれ以上の受信アンテナによって構成される。別の実施例では、多重受信アンテナは、基地サイトのカバー・エリアの配分セクタの各部分から信号を受信する１つまたはそれ以上の受信アンテナによって構成されてもよい。
各受信アンテナでアップリンク信号を受信する際に、基地サイトは、多重受信アンテナによって受信されたアップリンク信号の比較に基づいて、基地サイトのカバー・エリアの特定のセクタの第１部分内における通信ユニットの概略位置を判定する。基地サイトは、好ましくは、受信信号の信号強度を測定し、またどの受信アンテナまたはアンテナの集合（例えば、配分セクタを担当するアンテナ）が最大信号強度を有するアップリンク信号を与えるかに基づいて、受信ユニットが位置する特定のセクタを判定する。
特定のセクタが識別されると、基地サイトは、第１図および第２図で説明したように、この特定のセクタに隣接するセクタから受信された信号の信号強度を比較し、特定のセクタのうちどの部分に通信ユニットが現在位置するかを判定する。別の実施例では、第３図および第４図で説明したように、基地サイトは、通信ユニットが位置するであろう部分に隣接する特定のセクタの部分から受信された信号の信号強度を比較してもよい。
通信ユニットの概略位置を判定すると、基地局は、通信ユニットに送信すべきダウンリンク信号が専用制御信号か、トラヒック信号かまたは共通システム制御信号かどうかを判定する（６０７）。ダウンリンク信号が共通システム制御信号の場合、基地サイトは、特定のセクタの各部分を担当する各送信アンテナに与えられる制御信号を逆相関する（６０９）。次に、基地サイトは、送信アンテナを利用して、制御信号を特定のセクタに送信し（６１１）、論理フローは終了する（６１７）。
送信すべき信号がトラヒック信号または専用制御信号の場合、基地サイトは特定のセクタの適切な部分（すなわち、通信ユニットが位置する部分）を担当する送信アンテナにダウンリンク信号を中継する（６１３）。基地サイトは、選択されたアンテナを利用して、ダウンリンク信号を通信ユニットに送信し（６１５）、論理フローは終了する（６１７）。
第７図は、本発明により基地サイトにおいてアップリンク通信信号を受信するために実行されるステップの論理フロー図を示す。論理フローは、基地サイトがセクタの第１部分からアップリンク通信信号を受信して、第１受信信号を生成し（７０３）、またセクタの第２部分からアップリンク通信信号を受信して、第２受信信号を生成する（７０５）際に開始する（７０１）。好適な実施例では、各アップリンク信号は、セクタの各部分を担当する狭ビーム指向性アンテナを介して受信される。
アップリンク信号を受信すると、基地サイトは第２受信信号を第１受信信号に対して逆相関する（７０７）。この逆相関は、好ましくは、第２図で説明したように、第２受信信号を第１受信信号に対して所定の時間期間だけ遅延することによって行われる。次に、逆相関された信号は合成され（７０９）、基地サイトにおいて受信機に与えられ、論理フローは終了する（７１１）。受信信号は受信機に与えられる前に逆相関されるので、受信機は、印加された時間遅延によって各受信信号を区別できる。逆相関された信号をこのように区別する方法は、「レーキング(raking)」と呼ばれる場合が多い。従って、逆相関された信号を調べることにより、基地サイトは、セクタのどの部分に通信ユニットが位置するかを判定でき、また必要に応じて、上記のように応答ダウンリンク信号を識別された部分に送信できる。この手法は、任意の特定の部分から受信される電力を制限することにより、セクタの逆方向チャネル容量を効果的に改善する。逆方向チャネル電力を制限することにより、アップリンク干渉は配分セクタの各部分において比例的に低減される。逆方向チャネル容量の改善量は、配分セクタを網羅するために基地サイトで採用される送信アンテナの数に比例する。
本発明は、通信システムにおいて、通信ユニットと、セクタ化カバー・エリアにサービスを提供する基地サイトとの間で通信信号を伝達する方法および装置に関する。本発明により、通信ユニットの概略位置を判定する際に、基地サイトから通信ユニットにダウンリンク信号を指向的に送信でき、それにより送信中に通信ユニットによって感じられる順方向チャネル干渉および雑音の量を低減し、また従来技術に比べて基地サイトのカバー・エリアの順方向チャネル容量を効果的に増加する。逆に、アップリンク通信信号は基地サイトによって通信ユニットから指向的に受信でき、それにより送信中に基地サイトによって感じられる逆方向チャネル干渉および雑音の量を低減し、また基地サイトのカバー・エリアの逆方向チャネル容量を効果的に増加する。さらに、本発明により、狭ビーム送信アンテナを利用する際に、セクタのフリンジにおいて有効範囲を得るために必要な電力が少なくてすむので、基地サイトにおける低電力増幅器の使用が可能になる。
【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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