(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択された指向性アンテナ・ビーム・パターン（４６，４８）を展開するアンテナ・アッセンブリにおいて、該アンテナ・アッセンブリが、
選択された各第１および第２の数のアンテナ素子を形成した第１および第２のアンテナ・アレー（５８）を含み、
ビーム形成マトリックス装置を有し、該ビーム形成マトリックス装置は、
第１の偏波の第１のアンテナ・パターンの形成をするための前記第１のアンテナ・アレー（５８）のアンテナ素子に結合された第１のマトリックス・ビーム形成装置（６２）を有し、
前記第１の偏波に直交の第２の偏波を有する第２のアンテナ・パターンの形成をするための前記第２のアンテナ・アレー（５８）のアンテナ・素子に結合された第２のマトリックス・ビーム形成装置（６２）を有し、
前記第１のアンテナ・パターンと第２のアンテナ・パターンは互いにインターリブされ、かつ前記選択された指向性アンテナ・ビーム・パターン（４６，４８）を形成する、ことを特徴とするアンテナ・アッセンブリ。
【請求項２】
前記第１のアンテナ・パターンと第２のアンテナ・パターンは、前記選択されたアンテナ・ビーム・パターン（４６，４８）を形成して第１の方向に延びる細長いローブ（４６）と第２の方向に延びるヌル（４８）を有する請求項１に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項３】
前記選択された第１の数のアンテナ素子は、前記第１のマトリックス・ビーム形成装置（６２）の出力ポートの数よりも多い請求項１または２に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項４】
前記第１のマトリックス・ビーム形成装置（６２）と第２のマトリックス・ビーム形成装置（６２）は、少なくとも最小分離距離により分離されている請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項５】
無線送信機（１８）は少なくとも一つの移動局（１２）と通信するように動作可能なセルラ通信ネットワークの無線基地局（１４）から形成され、かつ前記アンテナ・アレー（５８）は前記少なくとも一つの移動局へダウンリンク信号を送信するように、かつ前記少なくとも一つの移動局により送信されたアップリンク信号を受信するように動作可能な請求項４に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項６】
さらに、無線送信機は無線送受信機の一部を形成し、前記無線送受信機は送信された無線周波数信号を受信するように動作可能であり、前記送信機回路は送受信機回路の一部を形成し、前記送受信機回路はアレーの送受信機素子を含み、前記アレーの送受信機素子のうちの１送受信機素子は前記ビーム形成マトリックス装置の各出力ポートに接続されている請求項１に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項７】
さらに、前記アレーの送受信機素子のうちの複数の送受信機素子により受信された信号を処理する処理装置を有する請求項１に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項８】
前記処理装置は、さらに、前記アレーの送受信機素子により受信された前記信号に応答して到来方向の指示を計算する請求項７に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項９】
前記アンテナ・ビーム・パターン（４６，４８）は、さらに、第２の方向に延びるヌル（４８）を有し、かつ前記処理装置は、さらに、前記アンテナ・ビーム・パターンの前記ヌルが延びるべき方向を判断する請求項８に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項１０】
前記処理装置は、さらに、前記アンテナ・パターンのローブが延びる方向を判断する請求項９に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項１１】
さらに、前記処理装置に接続されたメモリ・ルックアップ装置を有し、該メモリ・ルックアップ装置は、前記アンテナ・パターンの細長いローブ（４６）が延びる少なくとも１方向に関連するデータを記録する請求項１０に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項１２】
前記処理装置は、前記アンテナ・パターンの細長いローブ（４６）が延びる第１の方向を判断するために前記メモリ・ルックアップ装置に記憶されたデータをアクセスする請求項１１に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項１３】
前記アンテナ・アッセンブリが、
前記アンテナ・アレー（５８）のアンテナ素子に結合した無線周波数ビーム形成マトリックス装置を有し、該無線周波数ビーム形成マトリックス装置は、前記選択されたアンテナ・ビーム・パターン（４６、４８）のビーム・パターン特性を部分的に形成し、かつ前記無線周波数ビーム形成は前記送受信機回路に結合され、選択された第２の数の出力ポートを有し、前記選択された第１の数の値は前記第２の数より大きく、かつ
前記送受信機回路に結合したベースバンド・ビーム形成装置を有し、該ベースバンド・ビーム形成装置は、前記選択されたアンテナ・ビーム・パターン（４６，４８）のビーム・パターン特性を部分的に形成し、前記無線周波数ビーム形成装置とベースバンド・ビーム形成装置により形成された前記ビーム・パターン特性は、前記選択されたアンテナ・ビーム・パターンを定める請求項１から１２のいずれかに記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項１４】
前記無線周波数ビーム形成装置は、受動マトリックス・ビーム形成装置を有する請求項１３に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項１５】
前記ベースバンド・ビーム形成装置は、ベースバンド処理装置を有する請求項１４に記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項１６】
前記アンテナ・アッセンブリは無線送受信機である請求項１から１５のいずれかに記載のアンテナ・アッセンブリ。
【請求項１７】
第１のアンテナ・アレー（５８）のアンテナ素子に結合した第１のマトリックス・ビーム形成装置（６２）を有するビーム形成マトリックス装置を備え、かつ第２のアンテナ・アレー（５８）のアンテナ素子に結合した第２のマトリックス・ビーム形成装置（６２）を備えたアンテナ・アッセンブリのアンテナ・ビーム・パターン（４６，４８）を展開するセルラ通信システムを構成する方法において、
前記第１のアンテナ・アレー（５８）のアンテナ素子に結合した前記第１のマトリックス・ビーム形成装置（６２）により第１の偏波として第１のアンテナ・パターンを形成し、
前記第２のアンテナ・アレー（５８）のアンテナ素子に結合した前記第２のマトリックス・ビーム形成装置（６２）により前記第１の偏波に直交の第２の偏波を有する第２のアンテナ・パターンを形成し、
前記第１のアンテナ・パターンと第２のアンテナ・パターンを互いにインターリーブして前記選択された指向性アンテナ・ビーム・パターン（４６，４８）を形成する、方法。
【請求項１８】
前記第１のアンテナ・パターンと第２のアンテナ・パターンは、前記選択されたアンテナ・ビーム・パターン（４６，４８）を形成して第１の方向に延びる細長いローブ（４６）と第２の方向に延びるヌル（４８）を有する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の数のアンテナ素子は、前記第１のマトリックス・ビーム形成装置（６２）の出力ポートの数よりも多い請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１および第２のマトリックス・ビーム形成装置（６２）は、少なくとも最小分離距離により分離されている請求項１７から１９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、概して複数の無線通信システムを含むセルラ通信システムのようなワイヤレス通信システムに関する。特に、本発明は、無線通信システムの動作中に発生される無線通信信号の通信を容易にするアンテナ・アッセンブリ、及び関連する方法に関する。アンテナ・アッセンブリにより形成されるアンテナ・ビーム・パターンは、アンテナ・アッセンブリが高いキャリア対雑音比及びキャリア対干渉波比（ｃａｒｒｉｅｒ−ｔｏ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｒａｔｉｏｓ）を示せるように選択される。
発明の背景
通信システムは、最小限、通信チャネルを介して接続された１送信機及び１受信機から形成される。送信機により発生され、情報を内包する通信信号は、通信チャネル上を送信されて受信機により受信される。受信機は通信信号の情報内容を再生する。
ワイヤレス即ち無線通信システムは通信システムの１形式であって、その通信チャネルは電磁周波数スペクトル上で定められた無線周波数チャネルである。セルラ通信システムはワイヤレス通信システムの１例である。
無線周波数チャネルにより送信される通信信号は、搬送波を送信されるべき情報と組合わせることにより、即ち変調することにより形成される。受信機は、情報を再生するために逆処理を実行することにより、即ち通信信号を復調することにより情報を再生する。
受信機において送信機により送信された通信信号が受信されるときは、受信機が送信信号の情報内容を再生可能にするために、通信信号は少なくとも最小エネルギー・レベル及び信号品質レベルのものでなければならない。
送信信号の情報内容の再生には他のいくつかの要素が影響する。
通信チャネルを介して受信機に送信される信号は、例えば反射の影響を受け易い。いくつかの場合において、送信信号の信号反射は、受信機により実際に受信される信号を、直接的な見通しパスに加えて又は代わって、異なる多数のパスを介して送信機により送信された複数の信号成分を加算したものにしてしまう。しかし、複数の反射信号成分は、送信機及び受信機を隔てる距離が増加するにつれて、直接又はほぼ直接パスを介して送信される複数の信号成分より、重みが低下することになる。従って、高指向性アンテナは、送信機及び受信機を隔てる距離が増加するにつれて、送信機により送信された信号を最も良く検出することができる。反射信号成分は、このように増大した分離距離において受信機により受信された信号の相対的に重要でない部分を形成しているので、送信機に向けられた指向性アンテナは信号のうちの重要な部分を検出し、更に受信機のサービス・エリアも最大化する。より大きなレベルの反射信号成分を検出できる非指向性アンテナは必要でない。
他の送信機により同一の又は同様の通信チャネル上に同時に送信される信号は、受信機に送信されるべき所望の信号と干渉する恐れがある。従って、受信機に送信される信号は、このように同時に送信される信号により発生する干渉に影響され易い。同一チャネル及び隣接チャネルの干渉は、受信機に送信された信号が影響され易いと思われる形式の干渉例である。
以上で述べたように、送信機及び受信機を隔てる距離が比較的に大きなときは、見通し線の信号成分が反射信号成分に比較してますます強いものとなる。また増大した分離距離における反射信号成分は、受信機により受信される信号のパワーのうちの無視し得る量を形成するに過ぎない。
指向性アンテナは、受信機において受信された信号が大きなレベルのマルチパス信号成分を含んでいないのであれば、送信信号の情報内容を最もよく再生することができる。更に、指向性アンテナは、干渉信号が送信される複数の位置を取り囲むヌルを指向性アンテナが含むときは、このような干渉信号により発生する干渉を最もよく最小化することができる。
以上で述べたように、一つのセルラ通信システムは一つのワイヤレス通信システムである。セルラ通信システムは、基地局と呼ばれ、ある地理的領域にあまねく配置され、間隔を置く固定位置の複数の送受信機を含む。各基地局は、セルと呼ばれ、地理的領域の一部分を占める。移動装置と呼ばれ、移動可能に配置できる、又は移動容易な送受信機は、前記セルラ通信システムにより取り囲まれる地理的領域内の任意の位置（即ち、任意のセル内）に配置可能とされる。移動装置は、そのように配置されると、基地局のうちの少なくとも一つに通信信号を送信することができる。
移動装置がセル間を移動すると、移動装置は第１の基地局から他の基地局へ「ハンド・オフ」される。即ち、第１の基地局と通信をしている移動装置が第１の基地局により定められるセルから第２の基地局により定められるセルへ移動すると、移動装置は第２の基地局と通信を開始する。第１の基地局から第２の基地局へのハンド・オフは、自動的に、かつセルラ通信システムを介して通信しているものによる通信に明確な妨害なしに行われる。
典型的には、セルラ通信システムの複数の基地局は、それぞれセル内のどこかに位置する移動局へ信号を送信するため、及び移動局から信号を受信するためのアンテナ装置を含む。基地局により実際に受信される信号は、しばしば、種々多数のパスのマルチパス・チャネルを介して移動体から送信された送信信号の種々の反射と、更に他の複数の移動局により発生された干渉信号成分とから形成された複雑な干渉パターンである。他の移動装置は、例えば、他の基地局と通信している、又は隣接する通信チャネル上に信号を送信していることがある。
移動装置及び基地局を隔てる距離が増加すれば、一般的な送信機及び受信機に関して以上で説明したものと同一理由のために、マルチパス成分のパワーは、移動装置と基地局との間の直接パスを介して送信される信号に相対して次第に弱くなる傾向にある。指向性アンテナはこのような信号を最もよく受信することができ、更に信号を送受信するように基地局の動作範囲を最大化することもできる。移動局により発生された信号の送信を原因とした干渉の効果を最小化するために、他の移動装置の位置に配置されたアンテナ・ビーム構成の一部を形成するヌルは、このような干渉信号の逆効果を最もよく最小化することができる。
セルラ通信ネットワークと共に、他の形式のワイヤレス通信システムがますます普及して来ているので、このような通信に割り付けた無線周波数チャネルを効率的に利用することがますます必要となった。セルラ通信システムの例では、増加したキャリア対雑音比及びキャリア対干渉波比を示すアンテナ装置を有する基地局は、割り付けられた周波数チャネルの効率的な利用が容易になると思われる。他の形式のワイヤレス通信システムはこのようなアンテナの利用により同じような利益があると思われる。
本発明の著しい改善は、セルラ通信システムのようなワイヤレス通信システムに関するこのような背景に鑑みて得られたことにある。
発明の概要
本発明の目的は、無線通信システムの動作中に発生する無線通信信号の通信を容易にするアンテナ・アッセンブリ及び関連する方法を提供することにある。さらなる本発明の目的は、アンテナ・アッセンブリが高いゲインを示しかつ干渉信号の影響を制限するアンテナ・ビーム・パターンを形成することにある。
本発明の目的は、請求項１に記載の特徴を有するアンテナ・アッセンブリと請求項１７に記載の特徴を有するアンテナ・ビーム・パターンを形成する方法により達成される。
アンテナ・ビーム・パターンが高いゲインを示すので、通信システムの範囲が改善される。また、干渉信号の影響が制限されるので通信システムの容量が増加する。
本発明の実施例のアンテナ・アッセンブリがセルラ通信システムにおける基地局の一部分を形成するときは、前記基地局のサービス・エリアを増加することができ、更に前記基地局のトラヒック容量を増加することができる。前記アンテナ・アッセンブリにより形成されるべきアンテナ・ビーム・パターンの選択は、遠方に配置された移動装置と通信するのを容易にするように前記アンテナ・ビーム・パターンを細長いエンベロープを示すのを可能にさせる。更に、所望の移動装置により信号が送信されるのと同一又は同様のチャネルを介して信号を送信する他の移動装置により発生された共通チャネル干渉のような干渉は、干渉する移動装置の方向に伸延するヌルを導入することにより最小化される。前記基地局の有効範囲と、更に前記基地局に許容されたトラヒック容量とが増加されるので、より少数の基地局がセルラ通信ネットワークにおいて利用可能にされ、更に前記ネットワークの送信容量も増加する。これによりセルラ通信に割り付けられた限定的な周波数スペクトルをより効率的に利用できる結果となる。
アンテナ・アッセンブリは、これら及びその他の点により、第１の方向に伸延しているローブを有し、選択したアンテナ・ビーム・パターンを示す。アンテナ・アレーは第１の選択数のアンテナ素子から形成される。ビーム形成マトリックス装置が前記アンテナ・アレーのアンテナ素子に接続される。前記ビーム形成マトリックス装置は前記アンテナ・アレーにより選択したアンテナ・ビーム・パターンを形成させる。前記ビーム形成マトリックス装置は第２の選択数の出力ポートを有し、前記第１の選択数は少なくとも前記第２の選択値程度の値である。
本発明及びその範囲のより完全な理解は、以下に簡単に要約した添付図面、現在好ましいとする本発明の実施例による以下の詳細な説明、及び付記する請求の範囲から得られる。
【図面の簡単な説明】
図１はセルラ通信システムの一部の部分機能ブロック、部分概要図である。
図２はセルラ通信システムの一部を形成する基地局のアンテナ装置により示されるアンテナ・パターンを更に示すことを除き、図１に示したものと同一図である。
図３は本発明の一実施例により通信範囲を増加させ、かつ干渉信号による干渉の影響を減少させる、基地局により示されるアンテナ・ビーム・パターンを示すことを除き、図２に示したものと同一の図である。
図４は本発明のアンテナ・アッセンブリの一実施例をその一部として含み、以上の図に示したセルラ通信システムの一部を形成する基地局のような送受信機の機能ブロック図である。
図５は本発明のアンテナ・アッセンブリの他の実施例を含む送受信機を示すことを除き、図４に示した機能ブロック図と同一のものである。
図６は本発明の一実施例の動作中に形成された例示的なアンテナ・ビーム・パターンのグラフ表示である。
図７は図１〜３に示したセルラ通信システムの一部を形成する本発明の一実施例による基地局の機能ブロック図である。
図８は図６に示した基地局の一部を形成しているルックアップ・テーブルの機能ブロック図である。
図９は本発明の一実施例による動作の方法を示すフローチャートである。
詳細な説明
まず図１を参照すると、概要的に１０により示された通信システムの一部が示されている。通信システム１０は、ワイヤレス即ち無線通信システムであり、送信位置、ここでは移動可能に配置できる遠方に配置された送受信機１２と、受信機、ここでは固定位置の送受信機１４との間で通信が可能である。図に示された実施例において、通信システム１０はセルラ通信システムを形成し、送受信機１２は移動装置を形成し、また送受信機１４は基地局を形成している。用語の送受信機１２及び移動局１２は以下で入れ替え可能に用いられ、同様に、用語の送受信機１４及び基地局１４は以下で入れ替え可能に用いられるものとする。図１の例示的な説明はセルラ通信システムを説明しているが、送信機及び受信機を有する他の形式のワイヤレス通信システムも同様に表される。
送受信機１２により発生される通信信号の「アップリンク」信号は、１又はそれより多くの無線周波数チャネル上に送信される。送受信機１４は、送信機部及び受信機部を有する送受信機回路を含む。送受信機１４の受信機部は、無線周波数チャネル又は複数の無線周波数チャネルに対して同調され、これらのチャネル上に移動装置により発生される通信信号が送信される。
送受信機１２により送信された通信信号は、送受信機１４に接続され、かつその一部を形成するアンテナ装置１８により、検出される。アンテナ装置１８は無線周波数の電磁信号を電気信号に変換し、これらの電気信号が送受信機１４の受信機回路部により処理される。
送受信機１４は「セル」２２を定める。送受信機１２がセル内の任意位置に配置されているときは、基地局において発生される通信信号として、「ダウンリンク」信号が送受信機１２に送信されるので、移動装置と送受信機１４との間に双方向通信が可能にされる。
図に示された通信システム１０の部分は、単一の基地局１４と、図示の基地局１４に関連されたセル２２に加えて、いくつかのセル２２の部分とを含む。実際のセルラ通信システムは、勿論典型的には、複数の基地局と、ある地理的領域にあまねく形成された、対応する複数のセルとを含む。セルラ・ネットワークがある地理的領域にあまねく構築されると、送受信機１２と同様の多数の移動装置は、セルラ通信ネットワークの基地局と通常の形式により同時的に通信することができる。
基地局１４は、通信システム１０の他の基地局と共に、線２６により、ここで示されているスイッチング・センタ２４に接続されている。続いて、スイッチング・センタ２４は、公衆サービス電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）２８に接続されている。これによって、送受信機１２のような移動装置と、ＰＳＴＮ２８に接続されている任意の起呼局との間での通信は、全て通常の方法により、可能にされる。
図２は通信システム１０を再び示す。送受信機１２は基地局１４と双方向通信できるように再び配置されている。送受信機１２により発生され、かつ送信されたアップリンク信号は、基地局１４のアンテナ装置１８により検出され、かつ電気信号に変換されて基地局１４の受信機回路により処理される。また、基地局１４において発生されたダウンリンク信号は、アンテナ装置１８により送受信機１２に送信される。基地局１４は線２６を介して移動スイッチング・センタ２４に接続されているのが再び示されており、また移動スイッチング・センタ２４はＰＳＴＮ２８に接続されているのが再び示されている。
図２は、更に第２の移動装置３２を示しており、これは、説明のために、送受信機１２が配置されているセル以外のセル内に配置されている。第２の移動装置３２は、アンテナ装置１８により示されたアンテナ・ビーム・パターン３４により示されるように、基地局１４の通信範囲内にある。動作されると、移動装置３２は図示の基地局１４以外の基地局と通信をする。
しかし、もし送受信機１２が信号を送信するチャネルと同一のチャネル上で移動装置３２が信号を送信しているのであれば、第２の移動装置３２によるこのような送信は、基地局１４において受信したときに、送受信機１２により送信された信号と干渉する恐れがある。このような干渉が重大であれば、送受信機１２と基地局１４との間の通信は、干渉を受けるか、又は不能にまでなる恐れがある。
通常、隣接セル２２に配置された移動装置が信号を同一チャネルを介して同時に送信しないように、セルラ・ネットワークが構築されてこのような共通チャネル干渉の可能性を低減させ、もしアンテナ・ビーム・パターン３４が隣接していないセル内の通信装置により発生される干渉信号を検出できる特性のものであれば、干渉は所望の通信と干渉する恐れがある。
図３は通信システム１０を再び示す。通信システムは、送受信機１２、基地局１４、及び移動装置が基地局により定められたセル２２内に配置されているときに、移動装置により送信されたアップリンク信号を検出し、かつダウンリンク信号を移動装置に送信するアンテナ装置１８とを含むように、再び示されている。また、基地局１４は、線２６を介して移動スイッチング・センタ２４に、次いで、ＰＳＴＢ２８に接続されているのが再び示されている。更に、第２の移動装置３２は、送受信機１２が配置されているセル以外のセル２２に再び配置されている。
この説明において、アンテナ装置１８は、線４６により示された第１軸方向に伸延する細長いローブと、線４８により示された第２の軸方向に伸延するヌルとを有するアンテナ・ビーム・パターン４４を示す。
第２の移動装置３２により発生された干渉信号を原因とする干渉は、アンテナ・ビーム・パターン４４の方向性のために、図２の説明においてアンテナ装置１８により示されるアンテナ・ビーム・パターン３４と対比して軽減されている。更に、アンテナ・ビーム・パターン４４を形成するアンテナ・ローブは細長いので、基地局１４と移動装置との間で可能とされる通信のレンジが増加される。
このような増加は、基地局により定められるセル２２（ここでは、図に点線により示すセル２２’によって表されている）を増大可能にする。基地局１４のような基地局が可能とする通信範囲の増大は、セルラ通信システムの固定ネットワークを形成するためにある地理的領域にあまねく配置されなければならない基地局をより少数にし得る。他の形式の通信システムでは、細長いローブ構成を可能とする増大した通信範囲がアナログ形式の改良又はコスト節減を達成可能にする。
図４は、本発明の一実施例のアンテナ装置１８を含む送受信機、ここでは基地局１４を更に詳細に示す。基地局１４は、アンテナ・アッセンブリをその一部として含む通信装置の例である。他の形式の通信装置は同様のこのようなアンテナ・アッセンブリを同様に含むことができる。
アンテナ・アッセンブリは、一つのアンテナ・アレーを相互に形成する複数ｍのアンテナ素子５８を含む。各アンテナ素子５８は、好ましくは、低雑音増幅器を含むビーム形成装置６２に接続されている。ビーム形成装置は、例えばバトラー・マトリックス（Ｂｕｔｌｅｒ  ｍａｔｒｉｘ）又は他の形式の無線周波数ビーム形成装置から形成されてもよい。この装置６２は複数ｒの送受信機素子６６のポート６４に接続されている。図に示すように、アンテナ素子５８の数は、ポート６４、従ってビーム形成装置６２に並列に接続された送受信機素子の数と少なくとも同程度である。即ち、いま述べた命名法を用いた代数の形式では、ｍ＞ｒである。
各送受信機素子６６はベース・バンド処理装置６８に接続されている。アンテナ素子５８により受信された信号は、送受信機素子６６の受信機部によりダウンコンバートされて、処理装置６８に印加される。相似的に、入出力インタフェース装置７２によって処理装置６８に印加された信号は、処理装置６８により処理されると、送受信機素子６６の送信機部に供給される。そこで、信号は周波数が無線周波数にアップコンバートされて、ビーム形成装置６２に供給される。その後、信号はアンテナ素子５８により送信される。
図３に図示されたアンテナ・ビーム・パターン４４は、通信信号の最良の送信及び受信を容易にするためにビーム形成装置６２と、ベースバンド処理装置６８との両者により形成される。
例えば、図３に示した通信システム１０に関して、本発明の一実施例におけるビーム形成装置６２は、アンテナ・アッセンブリにより示されるように初期アンテナ・ビーム構成を選択する。このようなアンテナ・ビーム構成は、送受信機１２のような移動装置により発生されたアップリンク信号を受信するのに最良と考えられるように初期選択される。アップリンク信号がアンテナ素子５８により受信され、送受信機素子６６の受信機部に供給され、かつ周波数がダウンコンバートされると、信号はベースバンド処理装置６８に供給される。
ビーム形成は、初期的にアップリンク信号を受信するように用いられるので、受信信号の品質が改善される。また、改善された受信信号の品質のために、ベースバンド処理装置は、移動装置と基地局との間で信号が通信されるチャネルのチャネル特性を通常の方法により、より良く予測することができる。
その後、ビーム形成動作は、ベースバンド処理装置において実行され、その後、ダウンリンク信号を移動装置に送信するときに、アンテナ装置により示されるべきアンテナ・ビーム構成の選択を更に改善させることができる。全ては信号対雑音比及び信号対干渉雑音比を改善するように、アンテナ・ローブの特性は調整可能とされ、またヌルは干渉を最小化するように形成可能とされる。
図５は本発明の他の実施例によるアンテナ装置１８を示す。この実施例では、２組のアンテナ素子５８が２つの個別的なアンテナ・アレーを形成している。２つのアンテナ・アレーは相互に空間的に分離されている。図示の実施例では、各アレーが同一数ｍのアンテナ素子５８から形成されている。
第１のアレーのアンテナ素子は第１のビーム形成装置６２に接続され、また第２のアレーのアンテナ素子５８は第２のビーム形成装置６２に接続されている。ビーム形成装置６２は、好ましくは、低雑音増幅器を再び含む。ビーム形成装置６２は、図４に示した実施例のアンテナ装置１８の一部を形成している単一のビーム形成装置の動作と同じように、動作する。
第１のビーム形成装置６２は第１組の送受信機素子６６のポート６４に接続され、また第２のビーム形成装置は第２組の送受信機素子６６のポート６４に接続されている。２組の送受信機素子６６はベースバンド処理装置６８に接続され、またベースバンド処理装置６８は入出力インターフェース７２に接続されている。
図５に示すアンテナ装置１８の実施例は、個別的な複数のビーム・パターンを第１及び第２のアンテナ・アレーにより形成可能にする。ヌルは、複数のビーム・パターンを適当に選択し、次いで複数のビーム・パターンをインタリーブすることにより、形成され得る。例えば、ヌルは、互いにインタリーブされ、直交偏波された複数のビーム・パターンを形成することにより、形成され得る。
図６は直交偏波されたビーム・パターンを示す。実線により示すビーム・パターンは正の４５°方向に偏波され、また点線により示すビーム・パターンは負の４５°方向に偏波されている。例えば、直交偏波方向は、ベースバンド処理装置６８によるベースバンド信号の処理中に、信号のアップリンク送信及びダウンリンク送信に関する２つのｒダイバーシチ分岐として利用される。図６に示すビーム・パターンは、６アンテナ素子が各アレーのアンテナ素子を形成し、かつ４送受信機素子がアレーのアンテナ素子のそれぞれに接続されているときに、形成される。図の例はダイバーシチ分岐が分離エリアを部分的にカバーすることを表している。
アンテナ・ローブのサイド・ローブが形成される角度でヌルが指向しているときにハードウエアの誤差に関連する問題を最小化するために、送信方向は、偏波方向に対するビーム・パターンが「自然」ヌルを含むように、適当に変更可能とされる。他の偏波のアンテナ・ビーム構成により形成された他のビーム・パターンも同様に説明することができる。
図７は本発明の実施例の基地局１４を示す。図４及び５に示すアンテナ装置１８のうちの一つのようなアンテナ・アッセンブリは、基地局の一部を形成している。
複数のアンテナ素子５８は、基地局に送信された信号を受信するように、また基地局において発生された信号を送信するように、配置されている。アンテナ素子はビーム形成装置６２に接続されている。アンテナ・アッセンブリが図５に示す実施例のものから形成されているのであれば、アンテナ素子は互いに空間的に分離された２つの個別的なアレーに形成されており、２つの異なるアレーのアンテナ素子は、全て先に述べたように、第１及び第２のビーム形成装置６２に接続されている。ビーム形成装置又は複数のビーム形成装置６２は、送受信機素子６６に接続されている。説明のために、１送受信機素子のみが図示され、受信機部及び送信機部から形成されているのが示されている。図示の送受信機素子と並列に配置された付加的な送受信機素子も同様に示すことができる。
図示の送受信機素子６６の受信機部は、ダウンコンバータ７６及び復調器７８を含む。図示された送受信機素子６６の送信機部は、変調器８２及びアップコンバータ８４を含むのが示されている。
送受信機素子６６はベースバンド処理装置６８に接続されており、これは、ここで、基地局において通常の形式により受信されたアップリンク信号を通常の方法によりそれぞれ等化し、かつデコードするように動作可能な等化器８６及びデコーダ８８を含むのが示されている。
ベースバンド・プロセッサは再び入出力インタフェース７２に接続されているのが示されている。
更に、ベースバンド・プロセッサ６８は、復調器７８により発生された復調信号を受信するように接続された到来方向判断器９２を含むのが示されている。更に、到来方向判断器９２は、他の送受信素子（図示なし）の受信機部における復調器により発生された復調信号を受信するように接続されている。到来方向判断器は、アンテナ素子５８において受信したアップリンク信号が送信される方向を判断するように動作可能である。更に、到来方向判断器は、アンテナ素子５８によりアンテナ・ビーム構成のヌルを形成する方向を判断するように動作可能である。
到来方向判断器９２はビーム構成判断器９４に接続されている。更に、ビーム構成判断器はルックアップ・テーブル９６を形成しているメモリ素子に接続されている。ビーム構成判断器９４は、ルックアップ・テーブルに記憶されたデータをアクセスしてアンテナ素子５８により形成されるべきアンテナ・パターン構成のローブの方向を判断するように動作可能である。ビーム構成判断器９４によりアクセスされるルックアップ・テーブルの位置は、到来方向判断器９２により判断された値に応答して判断される。
到来方向判断器９２により判断される際に、ヌルが指向すべき方向と、ビーム構成判断器９４により決定された際に、細長いローブが伸張すべき方向とは、線９８を介して、ここではアップコンバータ８４の前の位置にある送受信機素子６６に供給される。他の実施例では、このような情報は他の位置に提供可能にされる。このようにして、アンテナ素子５８により形成されるべきアンテナ・ビームが選択される。先に述べたように、付加的なビーム形成は、無線周波数の受動ビーム形成装置６２により発生可能にされる。
図１０は例示的なルックアップ・テーブル９６の内容を示す。ヌルの方向は、アンテナ・ビーム構成の細長いローブが４５°正方向に、又は４５°負方向に伸延しようとする方向に相対して指示される。
図９は概要的に１０２により示されている本発明の一実施例の方法を示す。この方法は、セルラ通信システムにおける移動装置と基地局との間のように、２つの通信装置間の通信信号の通信を容易にする。第１に、ブロック１０４により示すように、初期アンテナ・ビーム・パターン構成は基地局のアンテナ・アッセンブリの一部を形成しているアレーのアンテナ素子により形成されている。次に、ブロック１０６により示すように、基地局に送信されたアップリンク信号は、アンテナ・アレーのアンテナ素子により受信される。
受信信号は、ブロック１０８により示すように、周波数がダウンコンバートされ、基地局の送受信機回路の受信機部に印加され、かつベースバンド処理装置に印加される。
ベースバンド処理装置は、受信信号の特徴に応答してアンテナ・アレーにより形成されるべき好ましいアンテナ・ビーム・パターンを判断する。その後、ブロック１１２により示されるように、アレーのアンテナ素子により示されるアンテナ・ビーム・パターン構成は、このような判断に応答して変更される。
アンテナ・ビーム構成が信号対雑音比及び信号対干渉雑音比を増加させるように選択されるので、基地局１４の通信範囲及び容量を増加することができる。本発明の種々の実施例による動作により、基幹設備のコストの軽減して容量を増加できる結果となる。同様に本発明の種々の実施例による他の形式の通信装置及びシステムも改善することができる。
前述の説明は、本発明を実施するための好ましい例のものであり、本発明の範囲はこの説明により限定される必然性はない。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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【図９】
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