(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通アップリンクチャネルを使って複数の遠隔端末から送信されたアップリンク信号を計算する無線システムであって、一つ以上の基地局を含むそうした無線システムにおいて、
前記システムが前記共通アップリンクチャネルを使った前記複数の遠隔端末からの前記アップリンク信号の組み合わせの測定値を生成するために複数のアンテナ要素と受信機を含む前記一つ以上の基地局における受信手段と、
前記測定値を使って前記複数の遠隔端末に関する受信時空符号を決定しかつ記憶するための受信時空処理手段と、
前記共通アップリンクチャネルに対する時空デマルチプレクス重みを行列Ｗｒｘの列として下式で演算処理することにより、分離されたアップリンク信号を生成するために前記受信時空符号と前記測定値を使う時空デマルチプレクス手段から成ることを特徴とする無線システム。
0004173916.tif 000069
但し、（・）*は行列の複素共役転置、（・）-1は行列の逆行列、Ｒnnは前記受信機手段のノイズ共分散行列、
Ｐr
は前記複数の遠隔端末中の遠隔端末送信パワーの行列、Ｈrは前記複数の遠隔端末と前記共通アップリンクチャネルに関する前記受信時空符号から構成されるデマルチプレクス時空符号行列。
【請求項２】
共通アップリンクチャネルを使って複数の遠隔端末から送信されたアップリンク信号を計算するための無線システム中での方法であって、前記システムが一つ以上の基地局を含み、前記一つ以上の基地局が前記共通アップリンクチャネルを使った前記複数の遠隔端末からの前記アップリンク信号の組み合わせの測定値を生成するための複数のアンテナ要素と受信機を含むそうした方法において、
前記方法が、前記共通アップリンクチャネルを使った前記複数の遠隔端末からの前記アップリンク信号の組み合わせの測定値を前記一つ以上の基地局の受信機で受信する段階と、
前記測定値を使って前記複数の遠隔端末に関する受信時空符号を決定し記憶するための受信時空処理段階と、
前記共通アップリンクチャネルに対する時空デマルチプレクス重みを行列Ｗｒｘの列として下式で演算処理することにより、分離されたアップリンク信号を作るために前記受信時空符号と前記測定値を使う時空デマルチプレクス段階とから成ることを特徴とする方法。
0004173916.tif 000070
但し、（・）*は行列の複素共役転置、（・）-1は行列の逆行列、Ｒnnは前記受信機手段のノイズ共分散行列、
Ｐr
は前記複数の遠隔端末中の遠隔端末送信パワー行列、Ｈrは前記複数の遠隔端末と前記共通アップリンクチャネルに関する前記受信時空符号から構成されるデマルチプレクス時空符号行列。
【請求項３】
前記受信時空処理手段が、前記複数の遠隔端末中にある各遠隔端末と前記共通アップリンクチャネルに関する受信時空符号から成る時空符号リストと、前記受信時空符号を決めるための受信時空符号決定手段と、前記共通アップリンクチャネルを追加の遠隔端末が共有できるか否かを決めるため前記受信時空符号を利用する受信チャネルセレクタとを含むことを特徴とする、上記請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記受信時空処理段階が更に、前記複数の遠隔端末中の各遠隔端末と前記共通アップリンクチャネルに関する受信時空符号を決定する段階と、前記受信時空符号から成る時空符号リストを形成する段階と、追加の遠隔端末が前記共通アップリンクチャネルを共有できるか否かを決めるために前記受信時空符号を利用してチャネル選択する段階とから成ることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記受信時空処理手段が更に、前記複数の遠隔端末に関する時空デマルチプレクス重みを計算する受信時空重みプロセッサから成り、前記時空デマルチプレクス重みを前記時空デマルチプレクス手段が前記アップリンク信号を計算するために利用することを特徴とする、上記請求項３に記載の無線システム。
【請求項６】
前記受信時空処理段階が更に、前記複数の遠隔端末に関する時空デマルチプレクス重みを決めるための受信時空重み処理段階から成り、前記時空デマルチプレクス重みを前記時空デマルチプレクス段階が前記アップリンク信号を計算するために利用することを特徴とする、上記請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記受信時空プロセッサが前記時空デマルチプレクス重みを行列Ｗｒｘの列として下式で決めることを特徴とする、上記請求項５に記載の無線システム。
0004173916.tif 000071
但し、（・）*は行列の複素共役転置、（・）-1は行列の逆行列、Ｒnnは前記受信機手段のノイズ共分散行列、
0004173916.tif 000072
は前記複数の遠隔端末中の遠隔端末送信パワーの行列、Ｈrは前記複数の遠隔端末と前記共通アップリンクチャネルに関する前記受信時空符号から構成されるデマルチプレクス時空符号行列。
【請求項８】
前記受信時空処理段階が前記時空デマルチプレクス重みを行列Ｗｒｘの列としてと下式で決めることを特徴とする、上記請求項６に記載の方法。
0004173916.tif 000073
但し、（・）*は行列の複素共役転置、（・）-1は行列の逆行列、Ｒnnは前記受信機手段のノイズ共分散行列、
0004173916.tif 000074
は前記複数の遠隔端末中の遠隔端末の送信パワーの行列、Ｈrは前記複数の遠隔端末と前記共通アップリンクチャネルに関する前記受信時空符号から構成されるデマルチプレクス時空符号行列。
【請求項９】
前記共通アップリンクチャネルが複数のアップリンクチャネルの一つであって、前記受信時空処理手段が、前記複数のアップリンクチャネルの一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末の作動遠隔端末リストと、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する受信時空符号から成る時空符号リストと、前記時空符号リスト中の前記受信時空符号を決めるための受信時空符号決定手段と、前記複数のアップリンクチャネルのチャネルの一つ以上に対して前記作動遠隔端末リスト中の各遠隔端末の割り当てを決めるため前記作動遠隔端末リストと前記受信時空符号リストを使う受信チャネルセレクタと、前記作動遠隔端末リスト中の各端末と前記遠隔端末リストにある一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する時空デマルチプレクス重みを計算するための受信時空重みプロセッサであって、前記時空デマルチプレクス重みを前記時空デマルチプレクス手段が前記アップリンク信号を計算するために利用するそのような受信時空重みプロセッサとから成ることを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項１０】
前記共通アップリンクチャネルが複数のアップリンクチャネルの一つであり、前記受信時空処理段階が更に、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数の前記アップリンクチャネルの各チャネルに関する受信時空符号を決定する段階と、前記複数のアップリンクチャネルの一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末の作動遠隔端末リストを形成する段階と、前記受信時空符号から成る時空符号リストを形成する段階と、前記複数のアップリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルへ前記作動遠隔端末リスト中の各遠隔端末を割り当てるのを決めるために前記作動遠隔端末リストと前記受信時空符号リストを使う受信チャネル選択段階と、前記作動遠隔端末リスト中の各端末と前記遠隔端末リスト中の一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに対し時空デマルチプレクス重みを決めるための受信時空重み処理段階であって、前記時空デマルチプレクス重みを前記時空デマルチプレクス段階が前記アップリンク信号を計算するために利用するそのような受信時空重み処理段階とからなることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記共通アップリンクチャネルが複数のアップリンクチャネルの一つであり、前記一つ以上の基地局が複数の基地局の一つであり、前記受信時空処理手段が複数の受信時空処理手段の一つである無線システムにおいて、前記複数の受信時空手段中の対応する受信時空処理方法を持つ前記複数の基地局の各基地局が、前記複数のアップリンクチャネルの一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末のリストから成る作動遠隔端末リストと、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する受信時空符号から成る時空符号リストと、前記時空符号リストにある前記受信時空符号を決めるための受信時空符号決定手段と、前記作動遠隔端末リストにある各端末と前記作動遠隔端末リストにある端末の一つ以上に割り当てられた前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する時空デマルチプレクス重みを計算するための受信機時空重みプロセッサであって、前記時空デマルチプレクス重みを前記時空デマルチプレクス方法が前記アップリンク信号を計算するために利用するそうした受信機時空重みプロセッサから成り、前記システムが更に、前記複数のアップリンクチャネルの一つ以上のチャネルと前記複数の基地局の内の一つ以上の基地局へ各前記作動遠隔端末リストにある各遠隔端末を割り当てるのを共同で決めるための共同チャネルセレクタ手段と、前記複数の基地局中の各基地局と前記共同チャネルセレクタ手段の間で前記割り当て状態を通信するための通信手段とから成ることを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項１２】
前記共通アップリンクチャネルが複数のアップリンクチャネルの一つであり、前記一つ以上の基地局が複数の基地局の一つである方法において、前記方法が更に、前記複数のアップリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末のリストから成る作動遠隔端末リストを形成する段階と、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する受信時空符号を決める段階と、前記受信時空符号から成る時空符号リストを形成する段階と、前記作動遠隔端末リストにある各端末と前記作動遠隔端末リストにある一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルとに関する時空デマルチプレクス重みを決めるための受信機時空重み処理段階であって前記時空デマルチプレクス重みを前記時空デマルチプレクス段階が前記アップリンク信号を計算するために利用するそうした受信機時空重み処理段階と、前記複数のアップリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルと前記複数の基地局の内の一つ以上の基地局へ前記作動遠隔端末リストにある各遠隔端末を割り当てるのを共同で決めるための共同チャネル選択段階と、前記複数の基地局中の各基地局の間で前記割り当て状態を通信する段階とから成ることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
ダウンリンク信号を前記一つ以上の基地局から前記複数の遠隔端末中の端末へ送信するための送信機とアンテナから成る送信手段を含むことを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項１４】
ダウンリンク信号を前記一つ以上の基地局から前記複数の遠隔端末中の端末へ送信する段階を更に含むことを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
前記アップリンク信号が、所定の変調フォーマットパラメーターを有し、前記受信時空処理手段が、前記複数の遠隔端末からの前記アップリンク信号の前記所定の変調フォーマットパラメーターを使って、前記時空デマルチプレクス重みを決めることを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項１６】
前記アップリンク信号が所定の変調フォーマットパラメーターを有し、前記受信時空処理段階が、前記複数の遠隔端末からの前記アップリンク信号の前記所定の変調フォーマットパラメーターを使って、前記時空デマルチプレクス重みを決めることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
前記受信時空処理方法が、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末により送信される所定の校正信号を使って、前記時空デマルチプレクス重みを決めることを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項１８】
前記受信時空処理段階が、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末により送信される所定の校正信号を使って、前記時空デマルチプレクス重みを決めることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項１９】
前記システムが前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と同じ場所に配置されたトランスポンダを含み、前記受信時空処理方法が、一つ以上のトランスポンダから送り返された信号を使って前記受信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項２０】
前記システムが前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と同じ場所に配置されたトランスポンダを含み、前記方法が前記遠隔端末の内の一つ以上で受信された送り返し信号を含み、前記受信時空処理段階が前記応答信号を使って前記受信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の遠隔端末の各遠隔端末がトランスポンダを含み、前記受信時空処理手段が一つ以上のトランスポンダから送り返された信号を使って、前記受信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項２２】
前記複数の遠隔端末の各遠隔端末がトランスポンダを含み、前記方法が一つ以上の前記遠隔端末で受信された送り返し信号を含み、前記受信時空処理段階が前記送り返された信号を使って、前記受信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項２３】
前記アンテナ要素の位置と指向性及び前記複数の遠隔端末の位置が既知であり、前記受信時空処理手段が前記アンテナ要素の既知の位置と指向性及び前記複数の遠隔端末の既知の位置を使って前記受信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項２４】
前記アンテナ要素の位置と指向性及び前記複数の遠隔端末の位置が既知であり、前記受信時空処理段階が前記アンテナ要素の既知の位置と指向性及び前記複数の遠隔端末の既知の位置を使って前記受信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項２５】
前記アップリンク信号が所定の変調フォーマットパラメーターを有し、前記受信時空処理手段が前記複数の遠隔端末からの前記アップリンク信号の前記所定の変調フォーマットパラメーターを使って前記受信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項２６】
前記アップリンク信号が所定の変調フォーマットパラメーターを有し、前記受信時空処理段階が前記複数の遠隔端末からの前記アップリンク信号の前記所定の変調フォーマットパラメーターを使って前記受信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項２７】
前記受信時空処理手段が、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末によって送信された所定の測定信号を使い前記受信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項２８】
前記受信時空処理段階が、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末によって送信された所定の測定信号を使い前記受信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項２９】
多重送信されたダウンリンク信号を前記複数の遠隔端末へ共通ダウンリンクチャネルを使って送信するための複数の送信アンテナ要素と送信機とを含む送信手段と、前記複数の遠隔端末に関する送信時空符号を決めて記憶するための送信時空処理手段と、前記多重送信されたダウンリンク信号を作るために前記送信時空符号とダウンリンク信号を使う時空多重送信手段とから更に成ることを特徴とする、上記請求項１に記載の無線システム。
【請求項３０】
前記システムが更に、多重送信されたダウンリンク信号を前記複数の遠隔端末へ共通ダウンリンクチャネルを使って送信するための複数の送信アンテナ要素と送信機とから成るそうした方法において、前記方法が更に、多重送信されたダウンリンク信号を前記複数の遠隔端末へ共通ダウンリンクチャネルを使って送信する段階と、前記複数の遠隔端末に関する送信時空符号を決めて記憶するために送信時空処理する段階と、前記多重送信されたダウンリンク信号を作成するために前記送信時空符号とダウンリンク信号を使って時空多重送信する段階とから成ることを特徴とする、上記請求項２に記載の方法。
【請求項３１】
前記受信手段と前記送信手段が送受切替器を使って共通アンテナ要素を共有することを特徴とする、上記請求項２９に記載の無線システム。
【請求項３２】
前記受信機と前記送信機のための共通アンテナ要素を、送受切替器を使って共有する段階を更に含むことを特徴とする、上記請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記受信手段と前記送信手段が送信／受信スイッチを使って共通アンテナ要素を共有することを特徴とする、上記請求項２９に記載の無線システム。
【請求項３４】
前記受信機と前記送信機の間に共通アンテナ要素を切り替える段階を更に含むことを特徴とする上記請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記共通アップリンクチャネルが複数のアップリンクチャネルの一つであり、前記共通ダウンリンクチャネルが複数のダウンリンクチャネルの一つであり、前記受信時空処理手段と前記送信時空処理手段が、前記複数のアップリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末のリストから成る作動遠隔端末リストと、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する受信時空符号及び前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する送信時空符号から成る時空符号リストと、前記受信時空符号を決めるための受信時空符号決定手段と、前記送信時空符号を決めるための送信時空符号決定手段と、前記複数のアップリンクチャネルの一つ以上のチャネルと前記複数のダウンリンクチャネルの一つ以上のチャネルへ前記作動遠隔端末リストの各遠隔端末を割り当てるのを決めるため前記作動遠隔端末リストと前記時空符号リストを使うチャネルセレクタとから成ることを特徴とする、上記請求項２９に記載の無線システム。
【請求項３６】
前記共通アップリンクチャネルが複数のアップリンクチャネルの一つであり、前記共通ダウンリンクチャネルが複数のダウンリンクチャネルの一つであり、前記受信時空処理段階と前記送信時空処理段階が更に、前記複数のアップリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末のリストから成る作動遠隔端末リストを形成する段階と、前記受信時空処理段階の一部として前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する受信時空符号を決める段階と、前記送信時空処理段階の一部として前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する送信時空符号を決定する段階と、決定された受信時空符号と決定された送信時空符号から成る時空符号リストを形成する段階と、前記複数のアップリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルと前記複数のダウンリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルへ前記作動遠隔端末リストの各遠隔端末の割り当てを決めるために前記作動遠隔端末リストと前記時空符号リストを使ってチャネル選択する段階とから成ることを特徴とする、上記請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記受信時空処理手段と前記送信時空処理手段が、アップリンクチャネルが割り当てられる前記作動遠隔端末リスト中の各端末と前記作動遠隔端末リスト中の一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する時空デマルチプレクス重みを計算するための受信時空重みプロセッサであって、前記時空デマルチプレクス重みを前記時空デマルチプレクス方法が前記アップリンク信号を計算するために利用するそのような受信時空重みプロセッサと、ダウンリンクチャネルが割り当てられる前記作動遠隔端末リスト中の各端末と前記作動遠隔端末リスト中の一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する時空多重送信重みを計算するための送信時空重みプロセッサであって、前記時空多重送信重みを前記時空多重送信手段が前記多重送信されたダウンリンク信号を計算するために利用するそのような送信時空重みプロセッサとから成ることを特徴とする、上記請求項３５に記載の無線システム。
【請求項３８】
前記受信時空処理段階と前記送信時空処理段階が更に、アップリンクチャネルが割り当てられる前記作動遠隔端末リスト中の各端末と前記作動遠隔端末リスト中の一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する時空デマルチプレクス重みを決めるための受信時空重み処理段階であって、前記時空デマルチプレクス重みを前記時空デマルチプレクス段階が前記アップリンク信号を計算するために利用するそのような受信時空重み処理段階と、ダウンリンクチャネルが割り当てられる前記作動遠隔端末リスト中の各端末と前記作動遠隔端末リスト中の一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する時空多重送信重みを決めるための送信時空重み処理段階であって、前記時空多重送信重みを前記時空多重送信段階が前記多重送信されたダウンリンク信号を生成するために利用するそのような送信時空重み処理段階とから成ることを特徴とする、上記請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記共通アップリンクチャネルが複数のアップリンクチャネルの一つであり、前記共通ダウンリンクチャネルが複数のダウンリンクチャネルの一つであり、前記複数の基地局の各基地局が前記複数の受信時空処理手段にある受信時空処理方法を有し、各送信時空処理手段が、前記複数のアップリンクチャネルのチャネルの内の一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末のリストから成る作動遠隔端末リストと、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する受信時空符号及び前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する送信時空符号とから成る時空符号リストと、前記受信時空符号を決めるための受信時空符号決定手段と、前記送信時空符号を決めるための送信時空符号決定手段と、アップリンクチャネルが割り当てられる前記作動遠隔端末リストの各端末と前記作動遠隔端末リストにある一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する時空デマルチプレクス重みを計算するための受信時空重みプロセッサであって、前記時空デマルチプレクス重みを前記時空デマルチプレクス方法が前記アップリンク信号を計算するために利用するそのような受信時空重みプロセッサと、ダウンリンクチャネルが割り当てられる前記作動遠隔端末リストにある各端末と前記作動遠隔端末リストにある一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する時空多重送信重みを計算するための送信時空重みプロセッサであって、前記時空多重送信重みを前記時空多重送信方法が前記多重送信されたダウンリンク信号を計算するために利用するそのような送信時空重みプロセッサとから成る複数の送信時空処理手段の一つである、そのようなシステムにおいて、前記システムが更に、前記複数のアップリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルと前記複数のダウンリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルと前記複数の基地局の基地局の内の一つ以上とへ各前記作動遠隔端末リスト中の各遠隔端末を割り当てるのを共同で決めるための共同チャネルセレクタ手段と、前記複数の基地局中の各基地局と前記共同チャネルセレクタ手段の間で前記割り当てを通信するための通信手段方法とから成ることを特徴とする、上記請求項２１に記載の無線システム。
【請求項４０】
前記共通アップリンクチャネルが複数のアップリンクチャネルの一つであり、前記共通ダウンリンクチャネルが複数のダウンリンクチャネルの一つであり、前記複数の基地局中の各基地局が前記受信時空処理段階と前記送信時空処理段階とを実行する方法において、前記受信時空処理段階と前記送信時空処理段階が更に、前記複数のアップリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末のリストから成る作動遠隔端末リストを形成する段階と、前記受信時空処理段階の一部として前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する受信時空符号を決める段階と、前記送信時空処理段階の一部として前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する送信時空符号を決める段階と、決められた受信時空符号と決められた送信時空符号から成る時空符号リストを形成する段階と、アップリンクチャネルが割り当てられる前記作動遠隔端末リスト中の各端末と前記作動遠隔端末リスト中の一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のアップリンクチャネルの各チャネルに関する時空デマルチプレクス重みを決めるための受信時空重み処理段階であって前記時空デマルチプレクス重みを前記時空デマルチプレクス段階が前記アップリンク信号を計算するために利用するそのような受信時空重み処理段階と、ダウンリンクチャネルが割り当てられる前記作動遠隔端末リスト中の各端末と前記作動遠隔端末リスト中の一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する時空多重送信重みを決めるための送信時空重み処理段階であって前記時空多重送信重みを前記時空多重送信段階が前記多重送信されたダウンリンク信号を作るために利用するそのような送信時空重み処理段階と、前記複数のアップリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルと前記複数のダウンリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルと前記複数の基地局の基地局の少なくとも一つとへ各前記作動遠隔端末リスト中の各遠隔端末を割り当てるのを共同で決めるためのチャネルを共同チャネル選択する段階と、前記複数の基地局の各基地局の間で前記決められた割り当てを通信する段階とから成ることを特徴とする、上記請求項３０に記載の方法。
【請求項４１】
前記時空多重送信手段が前記共通ダウンリンクチャネルに関する時空多重送信重みベクトルを行列Ｗtxの列として下式で決めることを特徴とする、上記請求項２９に記載の無線システム。
0004173916.tif 000075
但し（・）*は行列の複合共役転置、（・）-1は行列の逆行列、｛・｝kは行列の第ｋ列、ｓktは第ｋ前記ダウンリンク信号の振幅、Ｈtは前記複数の遠隔端末と前記共通ダウンリンクチャネルに関する前記送信時空符号から成る多重送信時空符号行列であり、前記時空多重送信手段は前記多重送信されたダウンリンク信号を生成するために前記時空多重送信重みを利用する。
【請求項４２】
前記時空多重送信段階が前記共通ダウンリンクチャネルにおける時空多重送信重みベクトルを行列Ｗtxの列として下式で決めることを特徴とする、上記請求項３０に記載の方法。
0004173916.tif 000076
但し（・）*は行列の複合共役転置、（・）-1は行列の逆行列、｛・｝kは行列の第ｋ列、ｓktは第ｋ前記ダウンリンク信号の振幅、Ｈtは前記複数の遠隔端末と前記共通ダウンリンクチャネルに関する前記送信時空符号から成る多重送信時空符号行列であり、前記時空多重送信方法は前記多重送信されたダウンリンク信号を生成するために前記時空多重送信重みを利用する。
【請求項４３】
前記ダウンリンク信号と前記アップリンク信号が同じ無線周波数で送信され、前記送信時空処理手段が前記送信時空多重送信重みを受信時空デマルチプレクス重みから直接決めることを特徴とする、上記請求項２９に記載の無線システム。
【請求項４４】
前記ダウンリンク信号と前記アップリンク信号が同じ無線周波数で送信され、前記送信時空処理段階が前記送信時空多重送信重みを受信時空デマルチプレクス重みから直接決めることを特徴とする、上記請求項３０に記載の方法。
【請求項４５】
前記システムが前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と同じ場所に配置されたトランスポンダを含み、前記送信時空処理手段が一つ以上のトランスポンダから送り返された信号を使って前記送信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項２９に記載の無線システム。
【請求項４６】
前記システムが前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と共に位置するトランスポンダを含み、前記方法が一つ以上の前記遠隔端末で受信された送り返し信号を含み、前記送信時空処理段階が前記送り返された信号を使って前記送信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項３０に記載の方法。
【請求項４７】
前記複数の遠隔端末の各遠隔端末がトランスポンダを含み、前記送信時空処理手段が前記送信時空符号を一つ以上のトランスポンダから送り返された信号を使って決めることを特徴とする、上記請求項２９に記載の無線システム。
【請求項４８】
前記複数の速隔端末の各遠隔端末がトランスポンダを含み、前記方法が一つ以上の前記遠隔端末で受信された送り返し信号を含み、前記送信時空処理段階が前記送り返された信号を使って前記送信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項３０に記載の方法。
【請求項４９】
前記ダウンリンク信号とアップリンク信号が同じ無線周波数で送信され、前記送信時空処理手段が前記送信時空符号を前記受信時空符号から直接計算して決めることを特徴とする、上記請求項２９に記載の無線システム。
【請求項５０】
前記ダウンリンク信号とアップリンク信号が同じ無線周波数で送信され、前記送信時空処理段階が前記送信時空符号を前記受信時空符号から直接計算して決めることを特徴とする、上記請求項３０に記載の方法。
【請求項５１】
複数の遠隔端末へ共通ダウンリンクチャネルを使って送信するため一つ以上の基地局を含む無線システムであって、
前記システムが、多重送信されたダウンリンク信号を前記複数の遠隔端末へ送信するための複数の送信アンテナと送信機を含む前記一つ以上の基地局での送信手段と、
前記複数の遠隔端末に関する送信時空符号を決めて記憶するための送信時空処理手段と、
前記共通ダウンリンクチャネルに関する時空多重送信重みベクトルを行列Ｗtxの列として下式で演算処理することにより、前記多重送信されたダウンリンク信号を作るために前記送信時空符号とダウンリンク信号を使う時空多重送信手段とから成り、それによって前記一つ以上の基地局が前記ダウンリンク信号を前記複数の遠隔端末へ同時に共通ダウンリンクチャネルで送信できることを特徴とするシステム。
0004173916.tif 000077
但し（・）*は行列の複合共役転置、（・）-1は行列の逆行列、｛・｝kは行列の第ｋ列、ｓktは第ｋ前記ダウンリンク信号の振幅、Ｈtは前記複数の遠隔端末と前記共通ダウンリンクチャネルに関する前記送信時空符号から構成される多重送信時空符号行列。
【請求項５２】
一つ以上の基地局を含む無線システム中で、前記一つ以上の基地局が多数の送信アンテナ要素と送信機を含み、共通ダウンリンクチャネルを使い複数の遠隔端末へ送信する方法において、
前記方法が、多重送信されたダウンリンク信号を前記複数の遠隔端末へ一つ以上の基地局の前記送信機を使って送信する段階と、
前記複数の遠隔端末に関する送信時空符号を決めて記憶するため送信時空処理する段階と、
前記共通ダウンリンクチャネルに関する時空多重送信重みベクトルを行列Ｗtxの列として下式で演算処理することにより、前記多重送信されたダウンリンク信号を作るために前記送信時空符号とダウンリンク信号を使って時空多重送信する段階とから成ることを特徴とする方法。
0004173916.tif 000078
但し（・）*は行列の複合共役転置、（・）-1は行列の逆行列、｛・｝kは行列の第ｋ列、ｓktは第ｋ前記ダウンリンク信号の振幅、Ｈtは前記複数の遠隔端末と前記共通ダウンリンクチャネルに関する前記送信時空符号から構成される多重送信時空符号行列。
【請求項５３】
前記共通ダウンリンクチャネルが複数のダウンリンクチャネルの一つであり、前記送信時空処理手段が、前記複数のダウンリンクチャネルの一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末のリストから成る作動遠隔端末リストと、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する送信時空符号から成る時空符号リストと、前記送信時空符号を決めるための送信時空符号決定手段と、前記複数のダウンリンクチャネルの一つ以上のチャネルへ前記作動遠隔端末リスト中の各遠隔端末の割り当てを決めるために前記作動遠隔端末リストと前記時空符号リストを使う送信チャネルセレクタから成ることを特徴とする、上記請求項５１に記載の無線システム。
【請求項５４】
前記共通ダウンリンクチャネルが複数のダウンリンクチャネルの一つであり、前記送信時空処理段階が、前記複数のダウンリンクチャネルの一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末のリストから成る作動速隔端末リストを形成する段階と、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する送信時空符号を決める段階と、送信時空符号から成る時空符号リストを形成する段階と、前記複数のダウンリンクチャネルの一つ以上のチャネルへ前記作動遠隔端末リスト中の各遠隔端末の割り当てを決めるために前記作動遠隔端末リストと前記時空符号リストを使って送信チャネル選択する段階とから成ることを特徴とする、上記請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
前記送信時空処理手段が更に、ダウンリンクチャネルが前記作動遠隔端末リスト中の一つ以上の端末に割り当てられている前記作動遠隔端末リストの各端末に関する時空多重送信重みを計算するための送信時空重みプロセッサであって、前記時空多重送信重みを前記時空多重送信手段が前記多重送信されたダウンリンク信号を生成するために利用するそのような送信時空重みプロセッサを含むことを特徴とする、上記請求項５３に記載の無線システム。
【請求項５６】
前記送信時空処理段階が更に、ダウンリンクチャネルが前記作動遠隔端末リスト中の一つ以上の端末を割り当てられている前記作動遠隔端末リストの各端末に関する時空多重送信重みを決定するための送信時空重み処理段階であって、前記時空多重送信重みを前記時空多重送信段階が前記多重送信されたダウンリンク信号を生成するために利用するそのような送信時空重み処理段階を含むことを特徴とする、上記請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記一つ以上の基地局が複数の基地局の一つであり、前記共通ダウンリンクチャネルが複数のダウンリンクチャネルの一つであり、前記複数の基地局の各基地局が、前記複数のダウンリンクチャネルの内の一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末のリストから成る作動遠隔端末リストと、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する送信時空符号から成る時空符号リストと、前記送信時空符号を決めるための送信時空符号決定手段と、ダウンリンクチャネルが割り当てられる前記作動遠隔端末リストにある各端末と前記作動遠隔端末リストにある一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する時空多重送信重みを計算するための送信時空重みプロセッサであって前記時空多重送信重みを前記時空多重送信方法が前記多重送信されたダウンリンク信号を計算するために利用するそのような送信時空重みプロセッサとから成りかつ複数の送信時空処理手段中の一送信時空処理手段を有する、そのような無線システムにおいて、前記システムが、前記複数のダウンリンクチャネルの一つ以上のチャネルと前記複数の基地局の一つ以上の基地局への前記作動遠隔端末リストにある各遠隔端末の割り当てを共同で決めるための共同チャネルセレクタ手段と、前記複数の基地局の各基地局と前記共同チャネルセレクタ手段の間で前記割り当てを通信するための通信手段とから更に成ることを特徴とする、上記請求項５１に記載の無線システム。
【請求項５８】
前記一つ以上の基地局が多数の基地局の一つであり、前記共通ダウンリンクチャネルが多数のダウンリンクチャネルの一つであり、前記複数の基地局にある各基地局が前記送信時空処理段階を実行する方法において、前記送信時空処理段階が、前記複数のダウンリンクチャネルの一つ以上のチャネルに割り当てられた遠隔端末のリストから成る作動遠隔端末リストを形成する段階と、前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する送信時空符号を決める段階と、送信時空符号から成る時空符号リストを形成する段階と、ダウンリンクチャネルが割り当てられる前記作動遠隔端末リスト中の各端末と前記作動遠隔端末リストにある一つ以上の端末に割り当てられた前記複数のダウンリンクチャネルの各チャネルに関する時空多重送信重みを決めるために送信時空重み処理する段階であって前記時空多重送信重みを前記時空多重送信段階が前記多重送信されたダウンリンク信号を生成するために利用するそうした送信時空重み処理する段階と、前記複数のダウンリンクチャネルの一つ以上のチャネルと前記複数の基地局の一つ以上の基地局へ前記作動遠隔端末リストにある各遠隔端末を割り当てるのを共同で決めるため共同チャネル選択する段階と、前記複数の基地局中の各基地局の間で前記決められた割り当てを通信する段階とから成ることを特徴とする、上記請求項５２に記載の方法。
【請求項５９】
前記システムが前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と同じ場所に配置されたトランスポンダを含み、前記送信時空処理手段が一つ以上のトランスポンダから送り返された信号を使って前記送信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項５１に記載の無線システム。
【請求項６０】
前記システムが前記複数の遠隔端末の各遠隔端末と同じ場所に配置されたトランスポンダを含み、前記方法が一つ以上の遠隔端末で受信された信号を送り返す段階を含み、前記送信時空処理段階が前記送り返された信号を使って前記送信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項５２に記載の方法。
【請求項６１】
前記複数の遠隔端末の各遠隔端末がトランスポンダを含み、前記送信時空処理手段がトランスポンダの少なくとも一つから送り返された信号を使って前記送信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項５１に記載の無線システム。
【請求項６２】
前記複数の遠隔端末の各遠隔端末がトランスポンダを含む方法において、前記方法が一つ以上の遠隔端末で受信された信号を送り返す段階を含み、前記送信処理段階が前記送り返された信号を使って前記送信時空符号を決めることを特徴とする、上記請求項５２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
関連する出願の参考文献
本出願は、１９９５年１月２０日提出の米国特許出願番号第０８／３７５、８４８号「スペクトル的に効率的な高容量無線通信システム」の同時出願であり、次に１９９１年１２月１２日提出の米国特許出願番号第０７／８０６、６９５号「空間分割複数アクセス無線通信システム」と１９９４年４月２８日提出の出願番号第０８／２３４、７４７号「アンテナアレー校正のための方法と装置」の一部継続出願である。
発明の背景
本発明は無線通信システムに関し、とりわけ無線通信システムの容量と性能を劇的に向上させるためにアンテナアレー、（以下、アンテナ列）と信号処理を使うことに関する。
無線通信システムは、従来型有線システムが利用できない、頼りにならない、又は過大な費用の掛かる地域で、有線システムを補足し又場合により代替として使用可能である。そうした領域としては、少数の使用者が広い所に点在する田舎地域、最新の基幹施設が殆ど又は全く無い未開発地域、有線基幹施設の信頼性がない地域に於ける信頼性に注意を要するアプリケーション、独占有線サービスプロバイダが人為的に高価格を維持する政治的環境等が挙げられる。都会地域やかなりの先進国でさえ、無線通信システムは低コスト通信の普及、新しい柔軟なデータサービス、緊急通信システムのために使用可能である。無線通信システムは通常、従来型電話システムの様な音声通信、無線ベースの広い地域又は同様にローカル地域ネットワークでのデータ通信に使用可能である。
無線使用者はセルラー電話や無線トランシーバ付きデータモデムの様な遠隔端末を使い、無線通信システムとアクセスする。その様なシステム（及びとりわけ遠隔端末）は、通話開始、通話受信及び情報の一般的転送のためのプロトコルを有する。情報転送は、例えば回路切替え音声会話やファックスの場合の様なリアルタイム方式、又は例えばよく見受けられる電子メール、ページング、他の同様のメッセージ転送システムの場合の様な記憶・転送方式で実行できる。
無線通信システムでは通常、無線周波数スペクトルの一部がシステム操作のために割り当てられる。スペクトルの割り当てられた部分は通信チャネルに分割される。これらのチャネルを、周波数、時間、コード、又は上記の幾つかの組み合わせによって区別してもよい。これらの各通信チャネルを本文ではチャネルと呼ぶ。従来型通信システムのチャネルは、分離又は重複しない（時間、周波数及び／又はコードにおいて）よう設計され、これを本文では従来型チャネルと呼ぶ。本文のチャネルは共通のリソースを共有し、チャネルは重複しない、部分的に重複、完全に重複、のいずれでもよい。利用可能な周波数割当に従って、無線システムが有する通信チャネル数は一から数百にも亘る。全二重通信リンクを提供するため通常、通信チャネルの一部を基地局から使用者の遠隔端末への通信（ダウンリンク）のために使い、通信チャネルの残りを使用者の遠隔端末から基地局への通信（アップリンク）のために使う。
無線通信システムは通常一つ以上の無線基地局を有し、各基地局はセルとして知られる地理的範囲に受信可能範囲（以下、カバレッジ）を提供し、通常公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）の様な広い地域ネットワークへの接続点を提供する基地局（ＰｏＰ）として機能する。多くの場合利用できる通信チャネルの所定サブセットを、システム使用者が受ける干渉の量が最小となるよう各無線基地局に割り当てる。自分のセル内なら無線基地局は多くの遠隔端末と同時に通信できるが、これには各遠隔端末に対し別の従来型通信チャネルを使う。
前述の様に基地局はＰｏＰとして働き、一つ以上の有線通信システムへの接続点を提供する。そうしたシステムとしてローカルデータネットワーク、広域データネットワーク、ＰＳＴＮｓが含まれる。こうして遠隔装置の使用者に、ローカル及び／又は広域のデータサービスとローカル公共電話システムへのアクセスを提供する。基地局を使えば有線ネットワークへ直接アクセスすることなくローカル接続点を提供することもでき、例えばローカルエリア緊急通信システムや移動戦場通信システムが可能になる。基地局は様々な種類の接続点を提供できる。前述例の場合、ほぼ等しい情報量が二人のユーザー間で両方向に流れる二点間通信を仮定している。双方向テレビの様な他の応用例の場合、情報はユーザー全てに同時に広まり、多くの遠隔端末からの応答は基地局で処理されることになる。
しかし、従来型無線通信システムはスペクトル的に見ると効率が比較的悪い。従来型無線通信システムの場合、セル内で一つの従来型チャネルを使えるのは、いつの時点でもただ一つの遠隔端末に限られる。セル内で複数の遠隔端末が同一チャネルを同時に使おうとした場合、前記遠隔端末に関連するダウンリンクとアップリンク信号が互いに干渉する。従来型受信機技術ではこれら結合されたアップリンクとダウンリンク信号の干渉を除けないので、干渉があると遠隔端末は基地局と有効な通信ができない。従ってシステムの全体能力が基地局の有する利用可能な従来型チャネル数で制限され、全体システムはこれらチャネルの複数セル間での再使用の仕方で制限される。結果的に従来型通信システムは、有線通信システム程度の容量を提供できないことになる。
「スペクトル的に効率的な高容量無線通信システム」と題する１９９５年１月２０日提出の同時係属原米国特許出願番号第０８／３７５、８４８号では、受信（アップリンク）信号の組み合わせを分離するためのアンテナ列と信号処理の使用を以前に開示した。空間的に多重送信されたダウンリンク信号送信の使用も開示した。結果として、スペクトル効率、容量、信号品質、無線通信システムのカバレッジが向上する。複数のユーザーがセル内で互いに干渉することなく同時に同じ通信チャネルを共有可能にし更に、多くのセルをカバーした地理的範囲内で同じチャネルをより頻繁に再使用可能することで、容量を向上させる。信号品質とカバレッジ範囲は、複数アンテナ要素で送受信される信号を適切に処理することで向上させる。更に、原特許出願番号第０８／３７５、８４８号と本文で説明する発明の目標は、基地局と遠隔端末の間でチャネルを動的に割り当てることで能力ゲインを提供することである。
簡潔に述べれば特許出願番号第０８／３７５、８４８号の発明は、システム容量、信号品質、カバレッジを向上させ全体的なシステムコストを下げるため、無線通信内の送受信機の空間符号を測定・計算・記憶・使用するためのアンテナ列と信号処理手段を含む。アンテナ列と信号処理手段は、基地局（ＰｏＰｓ）と遠隔端末で使える。一般に限られた数だけの通信リンクを管理している遠隔端末よりも多くの信号が集中する基地局では、異なる処理要件が通常存在する。
一例の無線ローカルループアプリケーションの場合、特定の基地局が多くの遠隔端末に対するＰｏＰとして機能し、本文に説明されるアンテナ列と信号処理を使う。更に遠隔端末にアンテナ列と信号処理を使えば、扱う通信リンク数の少ない簡単な遠隔端末における能力と信号品質を更に向上させることができる。本文では、基地局と遠隔端末の相違点は、基地局が一般には複数の遠隔装置へ同時接続する集信装置として働き、恐らくは広域ネットワークへの高容量の接続点を提供することである。明瞭性を期して以下の論議の多くでは、アンテナ列を使わない単純な遠隔端末を条件として表現しているが、本文の如何なる部分をもアンテナ列の応用を妨げるものとして解釈してはならない。従って以下の空間符号は主として遠隔端末と関連する一方、アンテナ列を遠隔端末に使う場合、基地局は関連する空間符号を同様に有することになる。
簡単に言えば特許出願番号第０８／３７５、８４８号で述べたように、遠隔端末／基地局の各ペアに関連して二つの空間符号が特定周波数チャネルに存在するが、本議論の目的上、基地局のみがアンテナ列を持つと仮定する。基地局は、基地局のアンテナ列が送信した信号を遠隔端末が如何にして受信するかに関連した空間符号と、遠隔端末の送信した信号を基地局の受信アンテナ列が如何にして受信するかに関連する第二空間符号との両者を自分のセル内の各遠隔端末に対して関連させる。多くのチャネルを有するシステムの場合、遠隔端末／基地局の各ペアは、各チャネル毎に送受信空間符号を有する。
受信空間符号は、特定のチャネルの特定の遠隔装置からの信号を基地局アンテナ列が如何に受信するかの特性を表す。ある実施例の受信空間符号は、各アンテナ要素受信機の応答（基準に対する振幅と位相）を含む複素ベクトル、即ちｍエレメントアレーである。
0004173916.tif 000002
但し、
0004173916.tif 000003
は遠隔端末から単位パワー送信信号に対する第ｉ受信機の応答である。狭帯域の信号ｓr（ｔ）が遠隔端末から送信されると仮定すると、時間ｔでの基地局受信機出力は以下の式で決まる。
0004173916.tif 000004
但し、τは遠隔端末と基地局アンテナ列の間の平均伝搬遅延、ｎr（ｔ）は環境と受信機に存在するノイズを表す。
原特許出願番号第０８／３７５、８４８号で送信空間符号は、基地局の特定のチャネルの各アンテナ列要素からの信号を遠隔端末が如何にして受信するかの特性を表す。ある実施例の送信空間符号は、遠隔端末受信機出力に含まれる各アンテナ要素送信機出力の相対量（基準に対する振幅と位相）を含む複合ベクトル、即ち、ｍエレメントアレーである。
0004173916.tif 000005
但し、
0004173916.tif 000006
は基地局配列の第ｉ要素から送信された単位パワー信号に関する遠隔端末受信機出力の振幅と位相（幾つかの固定基準に対する）である。複素信号ベクトルｓt（ｔ）＝［ｓt1（ｔ）、．．．、ｓtm（ｔ）］Tがアンテナ列から送信されると仮定すると、遠隔端末受信機の出力は以下の通りである。
0004173916.tif 000007
但し、ｎt（ｔ）は環境と受信機に存在するノイズを表す。これら空間符号をセル内の遠隔端末毎及び各チャネル毎に計算し（推定し）各基地局で記憶させる。移動しない遠隔端末と変動しない環境下の基地局の場合、空間符号は殆ど更新しないで済む。しかし通常は、基地局と遠隔端末の間におけるＲＦ伝搬環境の変化が符号を変化させ得るから、符号の更新が必要である。今後、括弧内の時間引き数は省略し、括弧内の整数はベクトルと行列を指示するためのみに使われることに留意されたい。
前述の論議では時間的に一致した送受信機を仮定する。時間応答に差がある場合、時間濾過技術を使えばこの差を均等にできることがよく知られている。更にチャネル帯域幅は作動の中央周波数に比べ小さいと仮定する。大きな帯域幅チャネルの場合、出力を正確に示すには一つ以上の複素ベクトルが必要なことがよく知られている。
原特許出願番号第０８／３７５、８４８号では、一つ以上の遠隔端末が同時に通信を望む場合基地局の信号処理手段は、遠隔端末のサブセットがチャネルを共有することにより同時に基地局と通信できるか否かを、遠隔端末の空間符号を使って決定する。受信アンテナ要素と送信アンテナ要素を各々ｍ個ずつ有するシステムでは、最大ｍ個までの遠隔端末が同一チャネルを同時に共有できる。
複数遠隔端末が一つのアップリンクチャネルを共有する場合、基地局の複数アンテナ要素の各々は、到着するアップリンク信号とノイズとが組み合わさったものを測定する。こうした組み合わせは、アンテナ要素の相対的位置、遠隔端末の位置、ＲＦ伝搬環境から結果的に生じたものである。信号処理手段で空間デマルチプレックス重みを計算させ、複数アンテナ要素が測定したアップリンク信号の組み合わせからアップリンク信号を分離できるようにする。
基地局から遠隔端末へ異なるダウンリンク信号を送信するアプリケーションの場合、多重送信されるダウンリンク信号の生成に使われる空間多重送信重みを信号処理手段で計算させるが、このダウンリンク信号を基地局のアンテナ要素から送信し、結果的に適切な信号品質を持つ正確なダウンリンク信号を各遠隔端末で受信させることになる。
基地局から多く（アンテナ要素の数より多い）の遠隔端末に同じ信号を送信するアプリケーションの場合、信号処理手段は信号を広めるのに適切な重みを計算し、全ての遠隔端末に到達させるために必要な地域をカバーする。
従って原特許出願番号第０８／３７５、８４８号の信号処理手段は、同じチャネルでの一つの基地局と複数遠隔端末の間での同時通信を容易にする。チャネルは、周波数チャネル、時分割多重送信システムのタイムスロット、コード分割多重送信されたシステムのコード、又は上記の組み合わせのいずれでもよい。ある実施例では単一アンテナ列の全要素が無線周波数信号を送受信し、一方別の実施例ではアンテナ列は別々の送信アンテナ要素と受信アンテナ要素を含む。送信要素と受信要素の数は同じでなくともよい。
広帯域チャネルがある場合及び／又は相当な遅延拡張又は散乱がある場合、時間等化を使うことがよく知られており、原特許出願番号第０８／３７５、８４８号は必要に応じそうした時間等化を空間デマルチプレックスの後に実行することを仮定している。ＦＤＭＡ（又はＣＤＭＡ）システムにおけるチャネル化は、周波数（又はコード）チャネルを分離するための濾過であって空間処理の前に実行される。それ故等化やチャネル化の様な空間処理を時間処理から分離することは多くの場合最適でなく、空間と時間処理を組み合わせるは性能的利点を有する。この様に空間と時間処理を共に単一の時空処理段階として定義する方法と装置、及びその様な時空処理を実行する方法と装置が当該技術には必要である。
発明の概要
従って本発明の目的は、時空信号処理を使って受信された（アップリンク）信号の組み合わせを分離するためにアンテナ列と信号処理を使うことである。本発明のもう一つの目的は、空間的に多重送信されるダウンリンク信号を送信することであり、同信号は時空処理によって決定される。
簡単に言えば本発明は、システム容量、信号品質、カバレッジを向上させシステム全体のコストを下げるため、無線通信システムの送受信器の時空符号を測定し、計算し、記憶し、使うためのアンテナ列と信号プロセッサを含む。アンテナ列と信号プロセッサは基地局（ＰｏＰｓ）と遠隔端末で使用できる。通常限られた数の通信リンクだけを管理する遠隔端末よりも多くの信号が集中する基地局には一般に異なる処理要件が存在する。
一例の無線ローカルループアプリケーションでは、特定の基地局は多くの遠隔端末に対するＰｏＰとして働き、以下に述べるアンテナ列と信号処理を使う。遠隔端末は更に、少ない通信リンクを扱うより簡単な遠隔端末の容量と信号品質を更に向上させるためにアンテナ列と信号処理を使う。以下の本文で用語が使われている様に基地局と遠隔端末の間の相違点は、一般に基地局は複数の遠隔装置に同時に繋がる集信装置として作動し、恐らくは広域ネットワークへの高容量の接続点を提供することである。簡明を期し本文の説明の多くは、アンテナ列を使わない単純な遠隔端末システムの場合を扱う。しかし本文の如何なる部分をも、アンテナ列のアプリケーションを妨げるものとして解釈してはならない。従って、以下時空符号は主として遠隔端末に関連する一方、アンテナ列を遠隔端末で使う場合、基地局は関連する時空符号を同様に有することになる。
時空符号は、セル内の各遠隔端末毎に又各チャネル毎に、各基地局で計算され（推定され）記憶される。変動がない環境下の移動しない遠隔端末と基地局の場合、時空符号は殆ど更新しないで済む。しかし一般に基地局と遠隔端末の間のＲＦ伝搬環境中の変化は、符号を変え得るから符号を更新する必要がある。
一つ以上の遠隔端末が同時に通信を望む場合、基地局の信号プロセッサは遠隔端末の時空符号を使い、遠隔端末のサブセットがチャネルを共有することで同時に基地局と通信できるか決定する。
複数の遠隔端末が部分的に重なり合ったアップリンクチャネルを使う場合、基地局の複数アンテナ要素の各々は、到達するアップリンク信号とノイズが組み合わさったものを測定する。これらの組み合わせは、アンテナ要素の相対位置、遠隔端末の位置、送受信機の周波数特性、信号のスペクトル内容、ＲＦ伝搬環境から結果的に生じる。信号プロセッサは、アップリンク信号は時空デマルチプレクス重みを計算し、複数アンテナ要素が測定したアップリンク信号の組み合わせからアップリンク信号の分離を可能にする。
異なるダウンリンク信号を基地局から遠隔端末へ送信するアプリケーションの場合、信号プロセッサは多重送信ダウンリンク信号を作るために使われる時空多重送信重みを計算し、前記ダウンリンク信号は基地局のアンテナ要素から送信され、各遠隔端末で受信され結果的に、適切な信号品質を有する正確なダウンリンク信号となる。
同じ信号を基地局から多くの遠隔端末に送信するアプリケーションの場合、信号プロセッサは信号を広めるのに適切な時空送信重みを計算し、全ての遠隔端末に到達させるために必要な地域をカバーする。
それ故信号プロセッサは、基地局と複数遠隔端末の間の重複チャネルでの同時通信を容易にする。チャネルとしては、周波数チャネル（周波数分割複数アクセス、ＦＤＭＡ）、時分割多重送信システムでのタイムスロット（時分割複数アクセス、ＴＤＭＡ）、コード分割多重送信システムでのコード（コード分割複数アクセス、ＣＤＭＡ）又は上記のどの組み合わせのいずれでもよい。チャネルは複数の従来型チャネルで構成されていてもよい。
ある実施例の単一アンテナ列の全ての要素は、無線周波数信号を送受信し、一方別の実施例のアンテナ列は、別々の送信アンテナ要素と受信アンテナ要素を含む。送信要素と受信要素の数が同じである必要はない。
発明及び発明の目的と特徴は、図面と添付の請求項と共に以下の詳細説明からより容易に明らかになるであろう。
公式と表示
特定周波数チャネルについて、遠隔端末／基地局の各ペアに関連し二つの時空符号が存在するが、本論議の目的として基地局だけがアンテナ列を有すると仮定する。基地局は、基地局のアンテナ列が送信した信号を遠隔端末は如何にして受信するかに関連した送信時空符号と、遠隔端末が送信した信号を基地局の受信アンテナ列は如何にして受信するかに関連した受信時空符号とを、自分のセル内の各遠隔端末に対して関連させる。多くのチャネルを持つシステムの場合、遠隔端末／基地局の各ペアは、各チャネル毎に送受信時空符号を有する。
受信時空符号は、基地局アンテナ列が特定チャネルの特定の遠隔装置からの信号を如何にして受信するかの特性を表す。ある実施例の受信時空符号は、以下に説明する様なアンテナ要素受信機のインパルス応答を含む行列である。
信号ｓr（ｔ）が遠隔端末から送信されると仮定する。基地局のアンテナと関連する受信機の数をｍとする。次にある実施例では、時間ｔにおけるｍ個の基地局受信機出力は以下の通りに表される。
0004173916.tif 000008
であり、ｈrはチャネル応答行列で、本実施例の場合有限インパルス応答フィルターで正確に特性付けられると仮定する。遠隔端末と基地局アンテナ列の間の平均伝搬遅延はτで示され、Ｔはサンプリング時間、本実施例の場合よく知られているナイキストのサンプリング定理を満たすと仮定し、Ｍｒはチャネル応答の長さ、ｎr（ｔ）は環境と受信機に存在するノイズを表す。アンテナ要素受信機ｉでのチャネル応答は、列ベクトルｈr（ｉ）で決まる。チャネル応答行列は、個々のチャネル応答の集合である。
0004173916.tif 000009
通信チャネル、アンテナ要素、送受信器フィルターのインパルス応答が長さＭｒである場合、インパルス応答はチャネル応答行列ｈrに等しい。インパルス応答がより長い持続時間の場合、チャネル応答行列ｈrはインパルス応答の近似値となり、結果的に生ずる誤差は次にノイズ項ｈr（ｔ）に組み込まれる。ある実施例では、時間遅延受信機出力をここに称する時空受信ベクトルｚr（ｔ）項としてモデル化される。
0004173916.tif 000010
但し、Ｌｒはスライディングウインドウの長さである。
0004173916.tif 000011
ｍＬｒ行（Ｍｒ＋Ｌｒ−１）列の行列Ｈrは、特定チャネル上でｚr（ｔ）を受信する基地局でｓr（ｔ）を送信する遠隔端末に関する受信時空符号と呼ばれる。
複数の遠隔端末が同じチャネルで作動中の場合、個々の時空符号はデマルチプレクス時空符号行列Ｈｒに集められる。各チャネル毎に、Ｈrは個々の時空受信符号から形成され、下記の通りになる。
0004173916.tif 000012
但し、
0004173916.tif 000013
は方程式（９）で示す様にチャネルで現に作動中の第ｉ遠隔端末に関する受信時空符号であり、ｎrは当該チャネル上の遠隔端末の総数である。
チャネル応答長さが１、Ｍr＝１で、とスライディングウインドウ長さも１、Ｌｒ＝１である場合、この時空符号は「スペクトル的に効率的な高容量無線通信システム」と題する１９９５年１月２０日提出の同時係属米国特許出願番号第０８／３７５、８４８号が説明する空間符号と一致する。この場合、チャネル応答行列ｈｒは列ベクトルであり、受信ベクトルは以下の形となる。
0004173916.tif 000014
これは、限定された時間遅延拡張を有する伝搬環境における狭帯域通信信号に関する適切なモデルである。この場合、「スペクトル的に有効な高容量無線通信システム」と題する１９９５年１月２０日提出の同時係属米国特許出願番号第０８／３７５、８４８号に説明された高容量無線通信システムの設計に、空間処理を使ってもよい。
上記モデルの別の特別の場合が、アンテナの数を１、ｍ＝１にし、スライディングウインドウ長さも１、Ｌr＝１にすることで求められる。単一受信出力が次式で決まる。
0004173916.tif 000015
このモデルは、時間分散通信チャネルでしばしば使われる離散時間表示と一致する。チャネルは長さＭｒの有限インパルス応答フィルターでモデル化される。この場合、通信チャネルの効果を妨げるために時間処理を適用してもよい。そうした時間処理を単一アンテナにどのように適用するかは当該技術で周知である。
（８）に表したモデルは、通信チャネルの空間と時間の両次元を組み込んでいる。
基地局から遠隔端末への通信チャネルを考える。送信時空符号は、遠隔端末が基地局のアンテナ列要素の各々からの特定のチャネル中の信号を如何にして受信するかの特性を表す。ある実施例の送信時空符号は、以下に述べる様なアンテナ要素送信機出力から遠隔端末受信機出力へのインパルス応答を含む複素行列である。
行列ｈtを基地局送信機から遠隔端末へのチャネル応答行列とする。行列ｈtの第ｉ行は送信機ｉから遠隔端末へのチャネル応答である。チャネル応答の最大長さはＭtである。通信チャネル、アンテナ要素、送受信フィルターのインパルス応答が長さＭtの場合、チャネルのインパルス応答はチャネル応答と等しい。インパルス応答がより長い持続時間の場合、チャネル応答はインパルス応答行列の近似値となる。ｓti（ｔ）を第ｉ基地局アンテナから送信された複素信号とし、ｓt（ｔ）を以下の式の通りとする。
0004173916.tif 000016
遠隔端末受信機出力、ｚt（ｔ）は以下の式の通りとなる。
0004173916.tif 000017
但し、信号ｓt（ｔ）が基地局アンテナ列から送信される場合は、
0004173916.tif 000018
である。項ｎt（ｔ）は環境中に存在するノイズと干渉及び受信機とモデルの誤差を表す。
基地局の信号ｓt（ｔ）がスカラー信号ｄ（ｔ）から作成される場合を考えると、
0004173916.tif 000019
但し、
0004173916.tif 000020
は複素スカラーで構成されるＬt行ｍ列の多重送信重み行列であり（・）*は、行列の複素共役転置であり、
0004173916.tif 000021
である。次に以下の関係が成り立つ。
0004173916.tif 000022
端末で受信される信号ｚt（ｔ）を基地局から送信される信号ｄ（ｔ）の形で表すため、上記方程式（１８）を方程式（１４）に用いると、
0004173916.tif 000023
方程式（１９）は以下の形に簡単に書き直せて、
0004173916.tif 000024
但し
0004173916.tif 000025
である。送信時空符号Ｈｔは、遠隔端末における時空送信ベクトルｄMt+Lt-1（ｔ）と受信信号ｚt（ｔ）との間の関係を示すｍＬ行（Ｍｔ＋Ｌｔ−１）列の行列である。
複数の遠隔端末が同じチャネル上で作動する場合、個々の送信時空符号は、多重送信時空符号行列Ｈt中の集めたものとなる。各チャネルについて、Ｈtは送信時空符号を使って形成され、以下の通りとなる。
0004173916.tif 000026
但し、
0004173916.tif 000027
は方程式（２２）で示す様にチャネル上で現に作動中の第ｉ遠隔端末に関する送信時空符号で、ｎtは当該チャネル上の遠隔端末の総数である。
以後サンプリング時間Ｔは、普遍性を失わない単位を仮定する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による基地局の機能ブロック線図である。
図２は、基地局にある多重チャネル受信機の機能ブロック線図である。
図３は、基地局にある時空デマルチプレクサの機能ブロック線図である。
図４は、基地局にある時空デマルチプレクサの時間フィルターの機能ブロック線図である。
図５は、基地局にある時空マルチプレクサの機能ブロック線図である。
図７は、基地局にある多重チャネル送信機の機能ブロック線図である。
図８は、基地局にある時空プロセッサの機能ブロック線図である。
図９は、トランスポンダスイッチ付きの遠隔端末の機能ブロック線図である。
図１０は、遠隔端末の機能ブロック線図である。
図１１は、三つの基地局と複数基地局コントローラから成るネットワークシステムの概略線図である。
参照番号のリスト
１．基地局
２．基地局通信リンク
３．基地局コントローラ
４．復調され受信された信号
５．分離されたアップリンク信号
６．受信された信号測定値
７．デマルチプレクス重み
８．指向性で送信されるデータ
９．送信のため多重送信される変調された信号
１０．送信される変調され多重送信された信号
１１．送信される基地局校正信号
１２．多重送信重み
１３．時空プロセッサ
１４．多重チャネル送信機
１５．多重チャネル受信機
１６ａ．多重チャネル受信機
１６ｍ．多重チャネル受信機
１７ａ．多重チャネル送信機
１７ｍ．多重チャネル送信機
１８ａ．送信アンテナ
１８ｍ．送信アンテナ
１９ａ．受信アンテナ
１９ｍ．受信アンテナ
２０．時空デマルチプレクサ
２１．加算器
２２ａ．時間フィルター
２２ｉ．時間フィルター
２２ｍ．時間フィルター
２３．時空マルチプレクサ
２４．信号変調器
２５．信号復調器
２６ａ．乗算器
２６ｂ．乗算器
２６Ｌ．乗算器
２７ａ．サンプル遅延
２７ｂ．サンプル遅延
２７Ｌ．サンプル遅延
２８．加算器
２９ａ．時間フィルター
２９ｉ．時間フィルター
２９ｍ．時間フィルター
３０ａ．乗算器
３０ｂ．乗算器
３０Ｌ．乗算器
３１ａ．サンプル遅延
３１ｂ．サンプル遅延
３１Ｌ．サンプル遅延
３２．加算器
３３．時空制御データ
３４．時空パラメーターデータ
３５．共通受信機発振器
３６．受信機制御データ
３７．送信機制御データ
３８．共通送信機発振器
３９．時空プロセッサコントローラ
４０．作動遠隔端末リスト
４１．チャネルセレクタ
４２．遠隔端末データベース
４３．時空重みプロセッサ
４４．時空符号プロセッサ
４５．遠隔端末アンテナ
４６．遠隔端末送受切換器
４７．遠隔端末送受切換器出力
４８．遠隔端末受信機
４９．遠隔端末受信された信号
５０．遠隔端末受信された校正信号
５１．遠隔端末復調器
５２．遠隔端末復調されたデータ
５３．遠隔端末キーボードとキーボードコントローラ
５４．遠隔端末キーボードデータ
５５．遠隔端末表示データ
５６．遠隔端末表示と表示コントローラ
５７．遠隔端末変調器
５８．送信される遠隔端末データ
５９．送信される遠隔端末変調されたデータ
６０．遠隔端末送信機
６１．遠隔端末送信機出力
６２．遠隔端末送信機制御データ
６３．遠隔端末受信機制御データ
６４．遠隔端末マイクロフォン
６５．遠隔端末マイクロフォン信号
６６．遠隔端末スピーカー
６７．遠隔端末スピーカー信号
６８．遠隔端末中央処理装置
６９．遠隔端末トランスポンダスイッチ
７０．遠隔端末トランスポンダスイッチ制御
７１．広域ネットワーク
７２．複数基地局コントローラ
７３ａ．セル境界
７３ｂ．セル境界
７３ｃ．セル境界
７４．高速メッセージリンク
７５．遠隔端末
発明の詳細な説明
基地局１の好適実施例を図１に示す。基地局コントローラ３は基地局通信リンク２を経由し、基地局１と外部接続の間のインターフェースとして働き、基地局１の全体的作動を調整する機能を果たす。好適実施例の基地局コントローラ３には、従来型中央演算処理装置と、関連するメモリとプログラミングを装備する。
到来する又はアップリンク無線送信は、受信アンテナ要素１９（ａ、．．．、ｍ）ｍ個で構成されるアンテナ列に突き当たるが、アンテナ要素からの各出力は位相コヒーレント多重チャネル受信機１５の列中のｍ個の多重チャネル受信機の一つに接続されている。
図示実施例は、従来型周波数分割複数アクセス（ＦＤＭＡ）システムを説明する。各多重チャネル受信機は複数の周波数チャネルを扱うことができる。記号Ｎｃｃは受信機が扱える従来型周波数チャネルの最大数を表す。無線通信システムを作動させるのに割り当てられた周波数と特定の通信リンク用に選んだ帯域幅次第で、Ｎｃｃは少なければ一（単一周波数チャネル）に大きければ数千に変更できる。代替実施例の多重チャネル受信機１５では複数タイムスロット、複数コード、又はこれらよく知られた複数アクセス技術を組み合わせたものを代わりに、扱う。代替実施例の場合、チャネルを複数従来型チャネルで構成してもよい。
各チャネル毎に、各受信アンテナ要素１９（ａ、．．．、ｍ）は、当該チャネルを共有する遠隔端末から到来したアップリンク信号の組み合わせを測定する。これらの組み合わせは、アンテナ要素の相対位置、遠隔端末の位置、送受信機の周波数特性、信号のスペクトル内容、ＲＦ伝搬環境から結果的に生じ、方程式（５）で求められる。
アンテナ要素接続を持つ個々の多重チャネル受信機１６（ａ、．．．、ｍ）、各周波数チャネル毎に一台が使われる基地局の共通ローカル受信機発振器３５、受信された信号測定値６を図２に示す。共通ローカル受信機発振器３５は、受信アンテナ要素１９（ａ、．．．、ｍ）からの信号をベースバンドへ一貫して逓降変換させることを保証し、対象のＮｃｃ個の周波数チャネル全てを多重チャネル受信機１６（ａ、．．．、ｍ）が抽出する様にＮｃｃ個の周波数を設定する。時空プロセッサ１３（図１）は、受信機制御データ３６を経由し共通ローカル受信機発振器３５の周波数を制御する。複数周波数チャネル全てが連続した周波数帯域に含まれる代替実施例の場合、共通ローカル発振器で全帯域を逓降変換させ次にデジタル化し、デジタルフィルターとデシメターでチャネルの所要サブセットをよく知られた技術を使って抽出する。
ＦＤＭＡシステムを図示の実施例で示す。ＴＤＭＡ又はＣＤＭＡシステムの場合、共通発振器３５を増大させ、共通タイムスロット信号又は共通コード信号を時空プロセッサ１３から受信機制御データ３６を経て多重チャネル受信機１６（ａ、．．．、ｍ）へ中継する。これらの実施例では、多重チャネル受信機１６（ａ、．．．、ｍ）は、ベースバンドへの逓降変換に加えて従来型時間分割チャネル又は従来型コード分割チャネルを選択する。
再度図１に戻ると多重チャネル受信機１５は受信信号測定測定値６を作成し、時空プロセッサ１３と一揃いの時空デマルチプレクサ２０に供給する。本実施例の受信信号測定値６は、Ｎｃｃ個の周波数チャネルの各々に対しｍ個の複素ベースバンド信号を含む。
時空プロセッサ１３のより詳細なブロック線図を図８に示す。時空プロセッサ１３は、各周波数チャネルにおける各遠隔端末毎に時空符号を作り、維持し、そして時空デマルチプレクサ２０と時空マルチプレクサ２３が使う時空多重送信重みとデマルチプレクス重みを計算する。好適実施例の場合、時空プロセッサ１３を実行させるには、従来型中央演算処理装置を含むデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）装置を使う。受信信号測定値６は、時空符号を評価・更新する時空符号プロセッサ４４に入る。時空符号は遠隔端末データベース４２中の時空符号リストに記憶され、チャネルセレクタ４１と時空重みプロセッサ４３により使われ、後者はデマルチプレクス重み７と多重送信重み１２を生成する。時空プロセッサコントローラ３９は時空重みプロセッサ４３に繋がり、受信機制御データ３６、送信機制御データ３７、時空制御データ３３を生成する。
再度図８に戻ると時空デマルチプレクサ２０は、受信信号測定値６を時空デマルチプレクス重み７に従って結合する。単一チャネルの場合の時空デマルチプレクサ２０を図３に示す。図３で、ｘriは単一チャネルにおける受信測定値ベクトル６の第ｉ成分を示し、ｗrxはデマルチプレクス重み行列の第ｉ列の複合共役転置を示す。本チャネルを使う遠隔端末の場合、以下の式となる。
0004173916.tif 000028
単一チャネルにおける第ｉ受信信号ｘriの処理を図４に示す。本実施例では、時間フィルター２２（ａ、．．．、ｍ）中の算術演算は汎用算術チップで実行される。図４で、ｘriは単一チャネルに関する受信測定値ベクトル６の第ｉ成分を示し、ｗi*rx（ｊ）は本チャネルを使う遠隔端末に関する時空デマルチプレクス重みベクトル７の第ｉベクトル成分の第ｊ成分の複合共役を示し、以下の通りになる。
0004173916.tif 000029
各チャネルの各遠隔端末に関する、第ｉ時間フィルター２２ｉは下記の通り計算される。
0004173916.tif 000030
乗算を乗算器２６（ａ、ｂ、．．．、Ｌ）で実行させ、加算を加算器２８で実行させる。各チャネルの各遠隔端末毎に、時空デマルチプレクサ２０は時間フィルター（ａ、．．．、ｍ）の出力を加算器２１で加算し、以下を出力する。
0004173916.tif 000031
各チャネルの各遠隔端末毎に、式（２７）で求められた加算器２１の出力は分離されたアップリンク信号５を含む。
再度図１に戻ると、時空デマルチプレクサ２０の出力は、基地局と通信する各遠隔端末に対して分離されたアップリンク信号５である。分離されたアップリンク信号５を信号復調器２５で復調させ、基地局と通信する各遠隔端末に関する復調された受信信号４を作る。復調された受信信号４及び対応する時空制御データ３３を、基地局コントローラ３に利用できる。
代替実施例では、デマルチプレクス処理と復調処理を非線形多次元信号処理装置内で共に実行させる。
遠隔端末が送信した信号をチャネルコード化する実施例の場合、基地局コントローラ３は、復調された受信信号４を時空プロセッサ１３に送信し、よく知られたデコード化技術を使ってビット誤り率（ＢＥＲｓ）を推定し、遠隔端末データベース４２に記憶される許容可能閾値と誤り率を比べる。ＢＥＲｓが許容できない場合、時空プロセッサ１３は問題を解決するためリソースを割り当て直す。ある実施例では、許容できないＢＥＲｓを持つリンクを、当該特定チャネルのユーザーの現在の設定が変わらない限り現在のチャネルは容認できないと言う例外を設けて新たなユーザー使用者を加えるという同じ戦略を使い、新しいチャネルに割り当てる。更に当該チャネルが利用可能な場合、遠隔端末／基地局の当該ペアに関する受信符号を再校正する。
送信に関してみると信号変調器２４は、基地局が各遠隔端末向けに送信する変調信号９を作り、各遠隔端末毎に一揃いの時空多重送信重み１２が時空マルチプレクサ２３中の変調信号のそれぞれの時間遅延されたバージョンに適用され、ｍ個の送信アンテナ１８（ａ、．．．、ｍ）の各々とＮｃｃ個のチャネルの各々のために送信されるべき多重送信信号１０が作られる。
図示の実施例では、ダウンリンクチャネルの個数Ｎｃｃは、アップリンクチャネルの個数Ｎｃｃと同じである。他の実施例では、アップリンクとダウンリンクチャネルの数が異なってもよい。更にチャネルは、ダウンリンクが広帯域ビデオチャネルから成りアップリンクが狭帯域音声／データチャネルを使う双方向テレビアプリケーションの場合のように、型と帯域幅を異にしていてもよい。
図示の実施例は更に、送受信用のアンテナ要素の数は同じｍである。他の実施例では送信アンテナ要素の数と受信アンテナ要素の数が異なってもよく、双方向テレビアプリケーションの様に一本だけの全方向性感知の送信アンテナ要素が送信に使われる場合も含まれる。
特定のチャネルの一つの遠隔端末に対する時空マルチプレクサを図５に示す。時空マルチプレクッサ２３中の算術演算を汎用算術チップで実行する。本チャネルの本遠隔端末に予定される変調信号９の成分をｄ（ｔ）で表し、多重送信重みベクトルはｗtxで表す。多重送信重みベクトルｗtxと多重送信重み行列
0004173916.tif 000032
は以下の関係にある。
0004173916.tif 000033
各チャネルの各遠隔端末毎に、時空マルチプレクサ２３は、変調信号ｄ（ｔ）９の遅延バージョンを有する多重送信重み行列１２の積を計算する。
0004173916.tif 000034
時間フィルター２９（ａ、．．．、ｍ）は、変調信号ｄ（ｔ）９の遅延バージョンを有する多重送信重み行列の行の積を計算する。各チャネルの各遠隔端末毎に第ｉ時間フィルター２９ｉは、以下の通りに計算される。
0004173916.tif 000035
乗算を乗算器３０（ａ、ｂ、．．．、Ｌ）で、加算を加算器３２で実行する。各チャネルに関して見ると、当該チャネルで現に送信されている遠隔端末毎に時空マルチプレクサ２３は方程式（２９）を評価する。遠隔端末毎に、異なる多重送信重みベクトル、多重送信重み行列、変調信号が対応する。各チャネルに関して見ると、時空マルチプレクサ２３は、当該チャネルで現に送信されている各遠隔端末毎に多重送信された信号を加え、ダウンリンクチャネル毎の各アンテナからの送信信号である変調多重送信信号１０、ｓt（ｔ）を生成する。
変調多重送信信号１０は、ｍ個の位相コヒーレント多重チャネル送信機１４の列に入力される。アンテナ接続点を持つ多重チャネル送信機１７（ａ、．．．、ｍ）、共通ローカル送信機発振器３８、デジタル入力１０を図７に示す。共通ローカル送信機発振器３８は、多重送信信号１０の相対位相が送信の間送信アンテナ１８（ａ、．．．、ｍ）によって保存されることを保証する。時空プロセッサ１３（図１参照）が共通ローカル送信機発振器３８の周波数を送信機制御データ３７経由で制御する。
代替実施例の時空マルチプレクサ２３は、よく知られたベースバンド多重送信技術を使い、各多重チャネル送信機１７（ａ、．．．、ｍ）が上方変換し送信する単一広帯域信号へ送信されるよう、計算チャネル信号全てを多重送信する。多重送信の実行には、デジタル、アナログのどちらか適切な方式を用いる。
図示実施例は、複数周波数チャネルを有するシステムを示す。時分割複数アクセスシステム又はコード分割複数アクセスシステムの場合、共通発振器３８を増大させ、共通タイムスロット又は共通コード信号を時空プロセッサ１３から送信機制御データ３７を経由して多重チャネル送信機１７（ａ、．．．、ｍ）へ中継する。
再度図１に戻ると送信時空符号を必要とするアプリケーションの場合、時空プロセッサ１３は各アンテナ毎に所定の測定信号１１を特定のダウンリンクチャネルで送信することもできる。時空プロセッサ１３は送信機制御データ３７を経由し、多重チャネル送信機１７（ａ、．．．、ｍ）に特定のダウンリンクチャネルにおける多重送信信号１０の代わりに所定の測定信号１１を送信する様に指示する。これは、当該ダウンリンクチャネルでの遠隔端末の送信時空符号を決めるために使われる一つの仕組みである。
よく知られたチャネルコード化技術を使って遠隔端末に送信される信号を符号化する代替実施例の場合、遠隔端末はよく知られたデコード化技術を使ってＢＥＲｓを推定するが、このＢＥＲｓは次にアップリンクチャネルで基地局に報告される。これらＢＥＲｓが許容限界を超える場合、訂正措置が取られる。ある実施例の訂正措置には、当該特定チャネルユーザーの現在の設定が変わらない限り現在のチャネルは容認できないと言う例外を設け、新たなユーザーを加えるという同じ戦略を使いリソースを再割り当てすることが含まれている。更に当該チャネルが利用可能な場合、遠隔端末／基地局の当該ペアの送信符号を再校正する。
音声通信を提供する遠隔端末中のコンポーネント配列を図９に示す。遠隔端末のアンテナ４５を送受切換器４６に接続し、アンテナ４５を送信と受信の両方に使えるようにする。代替実施例では、別々の送受信アンテナを使い送受切換器４６の必要性をなくす。周波数チャネルは同じであるが時間を異にして送受信が行われる別の代替実施例の場合、送受切換器の代って送信／受信（ＴＲ）スイッチを使うことがよく知られている。送受切換器出力４７は受信機４８への入力として働く。受信機４８は復調器５１への入力である逓降変換信号４９を生成する。復調受信音声信号６７はスピーカー６６に入力される。
復調受信制御データ５２を遠隔端末中央演算処理装置６８（ＣＰＵ）に供給する。復調受信制御データ５２は通話設定と終了の間に基地局１からのデータを受信するために使われ、代替実施例では上記で説明した様に基地局へ逆送信を行い遠隔端末が受信する信号の品質（ＢＥＲ）を決定するために使われる。
遠隔端末ＣＰＵ６８に標準ＤＳＰ装置を装備する。遠隔端末ＣＰＵ６８は遠隔端末の受信チャネルを選択する受信機制御データ６３、遠隔端末の送信チャネルとパワーレベルを設定する送信機制御データ６２、送信される制御データ５８、遠隔端末表示器５６のための表示データ５５も生成する。遠隔端末ＣＰＵ６８は遠隔端末キーボード５３からのキーボードデータ５４も受信する。
マイクロフォン６４から送信される遠隔端末の音声信号６５を変調器５７に入力する。送信される制御データ５８を遠隔端末ＣＰＵ６８で供給する。送信される制御データ５８は、通話品質（例えば、ビット誤り率（ＢＥＲｓ））の測定値の様な通話中の情報を送信するためと同様、通話設定と終了の最中にデータを基地局１へ送信するために使われる。送信される変調信号５９は変調器５７から出力され、送信機６０で上方変換・増幅され、送信機出力信号６１が生成される。送信機出力６１を次に、アンテナ４５の送信用に送受切換器４６へ入力する。
代替実施例の遠隔端末はデジタルデータ通信を提供する。復調受信音声信号６７、スピーカー６６、マクロフォン６４、送信される音声信号６５を当該技術でよく知られたデジタルインターフェースに置き換え、外部データ処理装置（例えば、コンピューター）に対しデータを双方向に送信できるようにする。
再度図９に戻ると遠隔端末により、受信データ４９を遠隔端末ＣＰＵ６８が制御するスイッチ６９を経てスイッチ制御信号７０を通じ基地局１に逆送信可能にする。通常作動時、スイッチ６９は変調器５７の変調信号５９を使って送信機６０を作動させる。基地局１が遠隔端末を校正モードに入るように指示すると、遠隔端末ＣＰＵ６８は遠隔端末マクロフォン信号６５の代わりに、所定の校正信号５８を変調器５７に送信する。これは、遠隔端末の受信時空符号をこのアップリンクチャネルで決めるために使われる一つの仕組みである。トランスポンダモードでは、遠隔端末ＣＰＵ６８はスイッチ制御信号７０を動かし、スイッチ６９に受信データ４９を使って送信機６０を駆動するよう指示する。
遠隔端末トランスポンダ機能の代替実施例を図１０に示す。図９のスイッチ６９は使わない。代わって、受信機４８の出力を遠隔端末ＣＰＵ６８にデータ接続点５０で提供する。通常作動時、遠隔端末ＣＰＵ６８はデータ接続点５０を無視する。校正モード時、遠隔端末ＣＰＵ６８はデータ接続点５０を使い遠隔端末の送信時空符号を計算するが、本符号は送信される制御データ５８として変調器５７と送信機６０を通じ基地局１へ逆送信される。
代替実施例では、遠隔端末中の時空校正手順が必要でない。多くの従来型無線プロトコル規格では、遠隔端末は受信信号の強度又は品質を基地局へ定期的に逆に報告する。本実施例では受信信号の強度が十分に報告され、以下に述べる様に遠隔端末の送信時空符号が計算できる。
発明の実施
一般的原理−基地局
多くの点で、図１に示すスペクトル的に効率的な基地局は、標準無線通信システム基地局と殆ど同様に挙動する。スペクトル的に効率的な基地局は、同じ時間／周波数リソースを使う従来型基地局よりも多くの同時会話を維持することが主な違いである。通信チャネルは、周波数チャネル、時間チャネル、コードチャネル、又はこれらの組み合わせのいずれでもよい。時空マルチプレクサ／デマルチプレクサはこれら各チャネル上での複数同時通信リンクを可能にすることで、システム能力を向上させる。更に時空デマルチプレクサ２０は、複数受信アンテナからの信号を結合させることで、空間的かつ時間的に同時に等化された分離アップリンク信号５を生成する。個々のアップリンク信号５は、十分改善された信号対ノイズ、減少された干渉、標準基地局に比べ多重経路環境で向上した品質を結果的に有することになる。
図示実施例では、アンテナ列と時空信号処理を組み込んだ基地局と複数の遠隔端末からなる無線通信システムを示す。その様なシステムのアプリケーションとして例えば無線アクセスをローカルＰＳＴＮへ提供することが挙げられる。情報転送（又は通話）を基地局コントローラ３を経由し、遠隔端末又は通信リンク２のいずれかで開始させる。当該技術でよく知られたダウンリンク／アップリンク制御チャネル上で通話初期設定が起こる。本実施例の場合、ダウンリンク制御チャネルを送信アンテナ１８（ａ、．．．、ｍ）で送信する。代替実施例では、ダウンリンク制御チャネルが一本の全方向性アンテナから広がる。基地局コントローラ３が通話に関与する遠隔端末のアイデンティフィケイションを時空プロセッサ１３へ伝えると、時空プロセッサ１３は遠隔端末が使うべき通信チャネルを、当該遠隔端末に関して記憶された時空符号で決める。選択されたチャネルを数個の遠隔端末が既に占有しているかもしれないので、時空プロセッサ１３は当該チャネルの遠隔端末全ての時空符号を使い、全遠隔端末が干渉せずにチャネルを共有できるよう決める。
時空プロセッサ１３は、選択されたチャネルと当該遠隔端末に関する計算された時空多重送信重みとデマルチプレクス重みを使い、時空マルチプレクサ２３と時空デマルチプレクサ２０を形成する。次に時空プロセッサ１３はコントローラ３に選んだチャネルを通知する。従来型基地局の場合の様に、コントローラ３は次に、遠隔端末に（ダウンリンク制御チャネルを経て）通信を持続させるため選んだチャネルへ切り換える様に命令する。当該技術ではよく知られている様に遠隔端末がパワー制御能力を有する場合、コントローラ３は、遠隔端末が自分のパワーを以下に述べるパラメーター例えば同一チャネルを共有する他の遠隔端末のパワーレベル、各リンク毎に必要な品質信号に基づいた適切なレベルに調整する様にも命令する。通信が終ると、遠隔端末はアイドル状態に復帰し、次の通話を待ち受けるダウンリンク制御チャネルを監視する。
時間と空間処理−基地局
時空プロセッサ１３のブロック線図を図８に示す。時空プロセッサ１３は、リンク３３を経て基地局コントローラ３にインターフェースする時空プロセッサコントローラ３９で制御される。時空プロセッサコントローラ３９は、多重チャネル送信機１４と多重チャネル受信機１５のゲインと周波数設定を制御ライン３７と３６で制御する。
時空プロセッサ１３は、遠隔端末の現送信パワーレベルと共に各通信チャネルをどの遠隔端末が使っているかを載せた作動遠隔端末リスト４０を維持する。遠隔端末の他のパラメーター例えば現在使用中の変調フォーマット、現在の周波数チャネルでの受信機ノイズレベル、現在の信号晶質要件も同様に記憶される。時空プロセッサ１３は時空符号リストを遠隔端末データベース４２にも維持し、代替実施例の同データベースは、遠隔端末の電力制御レベル、送受信用に許容周波数チャネル、理解された変調フォーマットリストを含んでいる。
遠隔端末データベース４２中の時空符号リストは、遠隔端末毎の各作動チャネルに関する送信時空符号Ｈtと受信時空符号Ｈrを有する。別の実施例では、例えば最大特異値及び符号の対応特異ベクトルを記憶させ、送受信時空符号と同じ列空間に及ぶ一揃いの基本ベクトルを記憶する。別の実施例では、例えば送受信チャネル応答行列を記憶させ、符号を形成できるパラメーターを記憶する。別の実施例では、時空符号の品質の推定値（例えば、推定誤差共分散）を同様に記憶させる。更に別の実施例では、時空符号の時間変化による不明確さを示すパラメーターを同様に記憶させる。送信時空符号は、基地局と遠隔端末の間の伝搬環境の影響を、送信機１４、アンテナケーブル、送信アンテナ１８（ａ、．．．、ｍ）の周波数特性に於ける全ての差と同様に含んでいる。
基地局コントローラ１が特定の遠隔端末に対する通話初期設定要求をリンク３３を経て送ると、チャネルセレクタ４１は作動中の遠隔端末リスト４０を検索し遠隔端末に適応できる通信チャネルを見つける。好適実施例では受信使用遠隔端末リストと送信使用遠隔端末リストが存在し、同リストはチャネルセレクタ４１がチャネル毎に多重送信時空行列とデマルチプレクス時空行列の両行列を形成する際に使用される。チャネル毎にデマルチプレクスと多重送信時空符号行列が、当該チャネルで現在作動中（使用中）の各遠隔端末に関して記憶された送受信時空符号と、通信チャネルを要求する遠隔端末の適切な時空符号を含む追加部分の両者を加えたものから形成される。方程式（１０−２３）を参照。
チャネルセレクタ４１はこれら符号行列の関数を計算し、基地局と新しい遠隔端末の間の通信を選択されたチャネルで首尾よく実行できるか否か評価する。好適実施例では、チャネルセレクタ４１はまず当該遠隔端末の時空多重送信重みとデマルチプレクス重みを計算し、次にこれらの重みでリンク性能を推定する。
図示実施例の時空多重送信重みベクトルは行列Ｗtxの列である。Ｗtxの第ｋ列は、方程式（３１）で決まる。
0004173916.tif 000036
但し、（・）-1は逆行列、｛・｝k行列の第ｋ列、Ｈtは当該チャネルに関連する多重送信時空符号行列、
0004173916.tif 000037
は送信される第ｋ信号の振幅である。結果的に出来た多重送信行列が安定でない場合、当該技術でよく知られた多重送信行列の安定な近似値を形成させる。好適実施例では送信される振幅
0004173916.tif 000038
を、遠隔端末受信機平均平方ノイズ電圧（Ｎk）と方程式（３２）で決まる最小所望信号品質
0004173916.tif 000039
を使って計算する。
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それからチャネルセレクタ４１は、重みの適切な要素の平方の合計として各要素から送信される平均平方電圧（パワー）
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を計算する。
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但し、
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は方程式（２１）で定義された第ｋユーザーの重み行列であり、項（・）は行列の対角要素を積み重ねて得られるベクトルである。各要素から送信される最高平方電圧（パワー）
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は、適切な重みの大きさの合計の平方として計算される。
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但し、ａｂｓ（・）はエレメントワイズの絶対値である。チャネルセレクタ４１はこれらの値を要素毎に各送信機の限界値と比べる。平均又は最高数値の一つでも許容限界を超える場合、当該遠隔端末を候補チャネルとしない。超えない場合は、遠隔端末から首尾よく受信する能力がチェックされたことになる。
一代替実施例の場合送信機限界は、与えられた仕様を満たし送信されるパワーを結果的に可能最少量とする送信重みを計算するための最適化アルゴリズムにおける不等制約として使われる。制約を満たす送信重みが見つからない場合、当該遠隔端末を候補チャネルとしない。その様な最適化アルゴリズムは周知である。
時分割二重送信（ＴＤＤ）を使う代替実施例では、チャネルと干渉を対等と仮定するため、多重送信重みはデマルチプレクス重みを増減させたバージョンとなるように選択される。スケールパラメーターは、遠隔端末で十分なＳＩＮＲを提供するよう選択される。
アップリンクを試験するため、チャネルセレクタ４１は当該チャネルに関連するデマルチプレクス時空符号行列Ｈｒを使い時空デマルチプレクス重みＷrxを計算する。図示実施例の時空デマルチプレクス重みベクトルは、方程式（３５）で決まる行列Ｗrxの列である。
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但し、
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の第ｋ列は方程式（３６）で決まる。
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但し、Ｐrは遠隔端末が送信する信号
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の平均平方振幅（パワー）の（対角）行列であり、
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Ｒnn＝Ｅ｛ｅr（ｔ）ｅ*r（ｔ）｝は基地局ノイズ共分散である。次に、正規化された平方平均誤差共分散の期待値を、ある実施例では次の様に計算する。
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但し、表示（・）-*/2は行列の平方根の複素共役転置を示す。ＭＳＥの逆数は時空デマルチプレクサの出力での予測される信号対干渉プラス雑音比（ＳＩＮＲ）の推定値である。
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の対角要素全てが、各遠隔端末から受信されるのに必要な信号品質に基づいた所望閾値以上の場合、遠隔端末はチャネルにアクセスできる。候補の遠隔端末が自分の閾値以下でかつ自分の出力パワーを増加できる場合、当該遠隔端末の最大出力電力が達せられかつ
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が更に不十分であるか、別の遠隔端末の
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が可能ならば自分のパワーを増加させて自分の閾値以下に落ちるか、又は全ての閾値が越えられるか、のいずれかが実現されるまで、遠隔端末電力出力を増加させるため同じ計算を再度実行させる。許容できる遠隔端末送信パワーが見つかった場合、遠隔端末は当該特定チャネルへのアクセスを許されるがさもなければアクセスを拒否され、別のチャネルがチェックされる。
代替実施例では、最小所望ＳＩＮＲを満たす又は超える基地局で推定された信号に従属する遠隔端末送信電力を最小とすることを目的に、デマルチプレクス重みの計算を周知の最適化手順で実行する。
又代替実施例で遠隔端末に適応させるチャネルが見つからない場合、チャネルセレクタ４１は、既存の遠隔端末をチャネル間で再整理することで当該遠隔端末をどこかのチャネルで維持できるか否かを計算する。この場合、既存ユーザーを再整理しても遠隔端末を適応させることができない時には遠隔端末は通信を拒否されるだけとなろう。
周波数分割二重送信（ＦＤＤ）を使う代替実施例の場合、遠隔端末は送受信用の固定チャネルペアを割り当てられるだけに制限されるものではない。システム干渉の全体レベルを最小にするためチャネルセレクタ４１が、異なる周波数二重通信オフセットによって分離された送受信チャネルに特定の遠隔端末を割り当てるように選択ができる場合、十分柔軟なシステム構造が使われる。
既にチャネルを使っている遠隔端末に対する時空多重送信重みとデマルチプレクス重みを再計算せねばならない理由は、新たな遠隔端末を既存チャネルに加えると重みを大きく変えるかもしれないからである。好適実施例の場合、必要な計算を既に済ましたチャネルセレクタ４１は、時空マルチプレクサ２３とデマルチプレクサ２０を設定する際に使うことを目的とした新しい時空多重送信重みとデマルチプレクス重みを時空重みプロセッサ４３に送る。代替実施例の時空重みプロセッサ４３は、チャネルセレクタ４１によって送信された時空符号行列を使って、当該チャネルの全遠隔端末に関する別セットの時空多重送信重みとデマルチプレクス重みを計算する。
時空重みプロセッサ４３は次に、新しい時空デマルチプレクス重みを時空デマルチプレクサ２０に、新しい時空多重送信重みを当該チャネルの時空マルチプレクサ２３に送信し、使用遠隔端末リスト４０を更新し、選択されたチャネルを時空プロセッサコントローラ３９に通知するが、その後コントローラ３９から基地局コントローラ３に通知がなされる。次に基地局コントローラ３は、遠隔端末に所望チャネルへの切り換えを指示するダウンリンク制御チャネルで、メッセージを遠隔端末へ送信する。
多重送信重みＷtxは以下の特性を持つことが方程式（３１）から示される。
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但し、項（・）は対角行列で、ベクトルから形成された対角要素を有する。これは、第ｋ遠隔端末で、当該端末向けに送信された信号が十分な（正実）振幅Ｓtkで受信されることを意味する。Ｗ*txＨtがゼロの非対角要素を持つという事実は、第ｋ遠隔端末では、送信されている他のどんな信号も当該遠隔端末が受信しないことを意味する。こうして、各遠隔端末は当該端末向けに必要なパワーレベルで意図された信号のみを受信し適切な通信を確保する。代替実施例では、Ｈtの推定値の不確実性を基地局送信電力レベル設定と重み計算に組み込み、Ｈtの誤差及び／又は変化の影響を最小にする。
同様に、基地局では、（３５）で決まる特定のデマルチプレクス重みは、受信時空符号と遠隔端末からの送信電圧（パワー）に関する情報で条件付けされた特性を有し、推定された信号Ｓは
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で決まり、最小平均平方誤差の意味からは最も正確である。特に前記信号Ｓは、複数アンテナ要素が基地局で測定した値を前提とした場合、遠隔端末が送信した信号に非常によく一致する。
方程式（３１）と（３５）は、時空多重送信重みとデマルチプレクス重みを計算する方法を一つだけ示す。方程式（４０）で示し前項で述べたのと同じ特性を証明する同様の戦略は他にもある。重みＷtxとＷrxを計算する他の周知の技術は、多重送信時空符号行列Ｈtとデマルチプレクス時空符号行列とＨr中の不確実性を明らかにしており、パワーとダイナミックレンジに更に複雑な制約を組み込むことができる。
時空符号の決定
図８の様に時空プロセッサ１３は、遠隔端末の時空符号を見つける時空符号プロセッサ４４も含む。図示実施例では、時空符号プロセッサ４４は、「アンテナ列を校正するための方法と装置」と題する米国特許番号第５、５４６、０９０号（１９９６年８月１３日発行）に述べたものと同様の校正技術を使う。
図示実施例の各遠隔端末は、校正モードに入ることができる。校正モード時、遠隔端末は所定の信号を送信でき、受信信号４９を基地局１に逆送信するトランスポンダモードにも入れる。校正モードは遠隔端末ＣＰＵ６８で制御される。図９ではトランスポンダモードを、遠隔端末ＣＰＵ６８が制御するスイッチ６９によりスイッチ制御信号７０を通じて提供する。
遠隔端末の送受信時空符号を決めるため、時空符号プロセッサ４４は、遠隔端末にダウンリンクチャネルでコマンドを送信し、遠隔端末に測定モードに入るよう命令する。本コマンドは、基地局コントローラ３で生成され、時空プロセッサコントローラ３９からの要求に基づき、信号変調器２４で変調される。代替実施例では、校正モードに所定の段階で定期的に入る。
次に遠隔端末はチャネルに所定の端末校正信号を送信する。本実施例の端末校正信号は、現チャネルの周波数帯域に制限された既知の疑似ランダムノイズシーケンスである。別の実施例で、所定の端末測定信号は任意の既知信号である。受信データの時間サンプルはｍ行Ｎｒ列のデータ行列Ｘに記憶され、本行列Ｘは方程式（５）で決まり、ノイズとパラメーターオフセットが無い場合以下の式で決まる。
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但し、Ｓｒは所定の端末校正信号のＭｒ行Ｎｒ列の行列である。次に受信チャネル応答行列は以下の式で決まる。
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但し、
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は、行よりも列が多い完全ランク行列Ｓrに関し
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（単位行列）を満たし、列より行が多い完全ランク行列Ｓrに関し
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を満たす行列Ｓrの周知のムーア−ペンローズ疑似逆行列である。受信時空符号Ｈrはチャネル行列ｈrから作成できる。
代替実施例の場合受信時空符号Ｈrは、時空受信ベクトルの時間サンプルをｍＬｒ行Ｎｒ列のデータ行列Ｚ中に記憶させることで直接決められるが、この行列Ｘは方程式（８）で決まり、ノイズとパラメーターオフセットが無い場合以下の式で決まる。
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但しここで、ＳrはＭr＋Ｌr−１行Ｎr列の所定端末測定信号の行列である。
次に受信時空符号は以下の式で決まる。
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他の端末が同じチャネルを使っている間に、受信時空符号を決めてもよい。
代替実施例では時空デマルチプレクス重みベクトルを、方程式（４６）で直接決める。
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但しここで、Ｓrは所定の端末校正信号を含む１行Ｎr列のベクトルである。時空デマルチプレクス重みベクトルは次に以下の式で決まる。
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他の端末が同じチャネルを使っている間に、時空デマルチプレクス重みベクトルを決めてもよい。
ある代替実施例では、端末校正信号は完全に既知ではないが所定の変調フォーマットパラメーターを有する。当該技術で既知の幾つかの手法では、所定の変調フォーマットパラメーター、例えば一定の係数を利用し受信チャネル行列を決める。一旦受信チャネル行列が決まると、受信時空符号は上述の通り形成される。端末校正信号の所定の変調フォーマットパラメーターを使って、受信時空符号又はデマルチプレクス重みベクトルをどう決めるかも当業者には明らかである。
「アンテナ列を校正するための方法と装置」と題する米国特許番号第５、５４６、０９０号（１９９６年８月１３日発行）が述べたものに関連する代替実施例では、システムに存在するノイズとパラメーター変化例えば発振器周波数オフセットを周知の技術で説明している。
一旦Ｈｒが分かると、デマルチプレクス重みが計算され、遠隔端末はトランスポンダモードに入る。時空符号プロセッサ４４は次に、送信機制御データ３７と時空プロセッサコントローラ３９を経て多重チャネル送信機１７（ａ、．．．、ｍ）に指示することで、遠隔端末が占有するチャネルで所定の基地局校正信号１１を送信する。本実施例の場合、所定の基地局測定信号１１中のｍ個の信号（各アンテナ毎）は現チャネルの周波数帯域に制限された異なる既知の疑似ランダムノイズシーケンスである。別の実施例の場合、所定の基地局測定信号１１は既知の明確な信号である。
図９の遠隔端末は、遠隔端末で受信された信号を逆送信する。逆送信された信号を、図１の基地局１の多重チャネル受信機１５で受信し、図８の時空符号プロセッサ４４に供給する。受信データの時間サンプルを、デマルチプレクス重みで処理し、結果的に生じた信号１行Ｎt列のデータ行列Ｚtに記憶させるが、本行列Ｚtは方程式（１４）で決まり、ノイズとパラメーターオフセットが無い場合は下記の式で決まる。
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但し、ＳtはｍＬt行Ｎt列の所定の基地局測定信号の行列で、ｋは信号を基地局に逆送信する以前に遠隔端末中で増幅させる既知量である。
送信チャネル応答は次に下記の式で決まる。
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送信時空信号Ｈtは、送信チャネル応答から形成できる。
ある代替実施例の場合、基地局校正信号は完全に既知ではないものの所定の変調フォーマットパラメーターを有する。当該技術で既知の手法の中には所定の変調フォーマットパラメーターを利用し、送信チャネル行列を決めるものがある。
「アンテナ列を校正するための方法と装置」と題する米国特許番号第５、５４６、０９０号（１９９６年８月１３日発行）で述べたものに関係する代替実施例では、システム中のノイズとパラメーター変化例えば発振器周波数オフセットを周知の技術で説明している。
ある代替実施例の場合、測定モードは上述のトランスポンダモデルのみから成る。次に受信チャネル行列を文献に述べた複数技術の一つで決めるが、これについては例えば、Ｅ．ムーラン、Ｐ．ドハメル、Ｊ．−Ｆ．カルドソ、Ｓ．マラグ共著１９９５年２月、信号処理に関するＩＥＥＥ紀要、４３（２）：５１６−５２５、「多重チャネルＦＩＲフィルターをブラインド識別するための部分空間方法」を参照されたい。
時空符号プロセッサ４４は、新しい時空符号を遠隔端末データベース４２に記憶する。完了時に、時空符号プロセッサ４４は、ダウンリンクチャネルで遠隔端末にコマンドを送信し、遠隔端末に測定モードを出るよう命令する。
ある代替実施例の場合、遠隔端末が遠隔端末送信時空符号を直接計算する。遠隔端末のこの実施例を図１０に示す。校正モード時に、時空符号プロセッサ４４は、遠隔端末が校正すべきチャネルで所定の校正測定信号１１を前記のように送信する。遠隔端末ＣＰＵ６８は前記実施例の時空符号プロセッサ４４と同じ技術を使い、受信校正信号５０と既知の送信された波形を用いて遠隔端末の送信時空符号を計算する。計算された送信時空符号は、送信されるべき制御データ５８同様に変調器５７と送信機６０を通り基地局１へ逆信される。基地局１で受信されると、時空信号プロセッサ４４は新たな送信時空符号を遠隔端末データベース４２に記憶する。各遠隔端末は独立に送信時空符号を計算するので、本装置は、複数の遠隔端末が自分の送信時空符号を同時に同一チャネルで計算することを可能にする。本実施例では、遠隔端末受信時空符号を時空符号プロセッサ４４が前記実施例と同じ方法で計算する。
時空符号プロセッサ４４はこれらの手法を使い、チャネルが使われてない時なら何時でも特定チャネルの遠隔端末送受信時空符号を計算できる。この校正技術の効率により、時空符号プロセッサ４４は、特定チャネルをほんの短い時間占有する間に当該チャネルの多数の遠隔端末の時空符号を更新できる。
ある代替実施例では、受信時空符号を決定有向フィードバックモードで得る。受信データを復調し次に再変調し、元の変調された信号の推定値を生成する。この手法により、複数遠隔端末が一つのチャネルを占めている場合でも、受信時空符号を推定することができる。
更に別の実施例の場合、システムが「閉ループ」方法で遠隔端末の時空符号を持続的に更新するよう設計することができる。これは、例えば遠隔端末の移動又はＲＦ伝搬条件中の変化による時空符号の時間変動を説明するために行われる。それには、基地局と遠隔端末の両者が所定のトレーニングシーケンスを周期的に送信する。特定チャネルで現に作動中の各遠隔端末に、異なる所定シーケンスを割り当て、次に当該特定チャネルで現に作動中の他の全遠隔端末のトレーニングシーケンスを与える。ある実施例の異なるトレーニングシーケンスは、任意の二つのトレーニングシーケンス波形の内積がゼロという意味から直交している。トレーニングシーケンスが送信される都度、各遠隔端末は各トレーニングシーケンスをどれだけ受信したかを周知の技術で計算し、この情報を基地局に送信する。
図示実施例の基地局は、受信出力と送信された波形の情報を使い、遠隔端末受信時空符号を計算する。別の実施例の基地局は、遠隔送信された各トレーニングシーケンスがどれだけ時空デマルチプレクサの各出力上に到着済みかを計算し、これは複素結合係数として表す。この結合係数の情報により、現に作動中の送受信時空符号を訂正し、周知の技術で相互干渉を減らことができる。
最終的に、完全二重通信に時分割二重通信（ＴＤＤ）を使うシステムの場合、当該技術で周知の様に、送受信周波数は同じである。この場合は送受信時空符号を、相互関係と言う周知の原理で直接関連させる。従って本実施例では、符号の一つだけ例えば受信時空符号を決め、他の物この場合は送信時空符号を、第一（受信）時空符号及び多重チャネル受信機１５と多重チャネル送信機１４に関する相対位相と振幅特性の情報から計算する。
ネットワークレベル時空処理
本文の図示実施例では、セルラーの様な無線通信システムの各基地局の時空プロセッサは独立に作動し、当面のセル中の通信チャネル数を最大にする。しかし各基地局からの時空プロセッサが他の近くのセルからの時空プロセッサと通信し連携する場合、システム能力をかなり向上させることができる。特定の実施例を図１１に示す。
複数基地局コントローラ７２は、リンク７４を経由する広範囲ネットワーク７１と基地局通信リンク２（ａ、ｂ、ｃ）を経由する基地局１（ａ、ｂ、ｃ）の間でインターフェースとして作動する。各基地局は多数の遠隔端末にカバレッジを提供する責任がある。ある実施例では、各遠隔端末を一つだけの基地局に割り当てセル境界７３（ａ、ｂ、ｃ）を画定し、その内部に特定の基地局に付属する遠隔端末全てを配属させる。遠隔端末７５を備えたユーザーを四角の記号「Ｒ」で識別する。
基地局１（ａ、ｂ、ｃ）内の各時空プロセッサは、自分のセル内の遠隔端末の時空符号と、更に近接セル内の遠隔端末の時空符号を計算し記憶する。近接セル内の遠隔端末の時空符号の決定を、複数基地局コンロトーラ７２が基地局通信リンク２（ａ、ｂ、ｃ）経由で調整する。基地局通信リンク２（ａ、ｂ、ｃ）と複数基地局コントローラ７２を経由し、基地局１（ａ、ｂ、ｃ）の時空プロセッサは、近接するセルから互いにどの遠隔端末がどの通信チャネルで通信しているかを知らせる。各時空プロセッサは、近接する基地局全てに送信される拡張多重送信時空符号行列Ｈtとデマルチプレクス時空符号行列とＨrを形成するため、近接セルで現に作動中の遠隔端末の時空符号を有している。各基地局のチャネルセレクタはこの拡張時空符号行列を使い、共同で各基地局１（ａ、ｂ、ｃ）内の各チャネルに遠隔端末を割り当てる。
次に結果的に生ずる多重送信重みＷtxとデマルチプレクス重みとＷrxを各基地局毎に、拡張された多重送信符号行列Ｈtとデマルチプレクス符号行列Ｈrを使って計算する。重み計算時の目的は、近接セルで作動中の遠隔端末との間で双方向に送受信される信号を最小にし、より多くの遠隔端末で同時通信させることである。
代替実施例の複数基地局コントローラ７２は、遠隔端末／基地局／チャネルリンクのリスト、関連する遠隔端末データベース、割り当てられるリンクに関する特殊要件を動的に用いて、アクセス要求する遠隔端末を基地局へ割り当てる。更に遠隔端末は複数の（指向性）送受信アンテナを使うことができ、複数基地局コントローラ７２が指示する複数の近くの基地局への直接のリンクが容易になり、更にシステム容量が向上する。
利点
本発明による装置と方法は、同時時空多重送信／デマルチプレクスすることでより多くの遠隔端末に同一通信チャネルを同時に共有させるという先行技術に勝る重要な利点を提供する。遠隔端末と送受信される信号は更に、十分に改善された信号対ノイズ、減少された干渉、標準基地局に比べる多数経路環境で改善された品質を有する。
この様に無線通信システムは同一スペクトルで、何倍も多くの会話を支援し又はずっと多くのデータ処理量を有する。言い換えれば無線通信システムは、同じ数の会話又はデータ処理量をずっと少ないスペクトルで維持できる。
代替実施例
ある代替実施例では、基地局１の送信アンテナ１８（ａ、．．．、ｍ）と受信アンテナ１９（ａ、．．．、ｍ）をｍ個のアンテナで構成された単一列に置き替る。本単一列の各要素を、多重チャネル送信機１４と多重チャネル受信機１５の両者の対応する各々のコンポーネントに送受切替器で結び付ける。
別の代替実施例では、同時係属特許出願番号第０７／８０６、６９５号に説明された時空処理を使ってアップリンク制御チャネルの信号をリアルタイムで処理してもよい。これにより複数の遠隔端末が通信チャネルを同時に要求できる。
短いバースト又はデータパケットのデータ転送を含むアプリケーションを目的とする更に別の実施例では、別々のアップリンク制御チャネルが不必要なので、システムは、通信と他の制御機能に対する要求を通信時間の合間に散在する制御時間中に提供してもよい。
上記説明は多くの特殊性を含んでいるが、これらの特殊性を発明の範囲を制限するように解釈してはならず、発明の好適実施例の例示とすべきである。多くの変更が可能である。従って、発明の範囲は、図示実施例でなく付属請求項と法的に同等なものによって決定されるべきである。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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