(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性無線通信方法であって、
第２ステーションから第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号から、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号の角度スプレッドに基づいて複数の異なる無線環境タイプが前記第１ステーションと前記第２ステーションとの間において存在するか否かを決定すると共に、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号が相対的に小さな角度スプレッドを有する場合に第１無線環境タイプの存在を決定し、前記第２ステーションから該第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号が相対的に大きな角度スプレッドを有する場合に第２無線環境の存在を決定するステップと、
相対的に小さなビーム・スプレッドと相対的に大きなビーム・スプレッドとの間において前記第１ステーションから前記第２ステーションへの信号を、前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合に相対的に小さなビーム・スプレッドを選択するステップと、
前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合にはさらに、前記選択されたビーム・スプレッドをパラメータに基づいて増加させるか否かを決定して送信するステップと、
前記第１ステーションから前記第２ステーションへと、前記決定された無線環境タイプと前記パラメータとに依存する信号を送信するステップとを含み、
前記第２無線環境タイプの存在が決定した場合には、前記第１ステーションから前記第２ステーションに送信される前記信号に対して相対的に大きなビーム・スプレッドを選択し、そして
前記第２無線環境タイプの存在が決定されている場合には、前記第１ステーションにより送信される前記信号の前記ビーム・スプレッドを減少させるか否かを決定するステップをさらに含み、
前記信号の前記ビーム・スプレッドを減少させるか否かを決定するステップは、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信する最後のN個の前回の信号に対して前記第２ステーションから該第１ステーションが受信する信号の２つの最終到着方向を決定するステップと、前記２つの最終到着方向により定義されるビーム・スプレッドで前記第２ステーションへと信号を送信するステップとを含む、指向性無線通信方法。
【請求項２】
指向性無線通信方法であって、
第２ステーションから第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号から、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号の角度スプレッドに基づいて複数の異なる無線環境タイプが前記第１ステーションと前記第２ステーションとの間において存在するか否かを決定すると共に、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号が相対的に小さな角度スプレッドを有する場合に第１無線環境タイプの存在を決定し、前記第２ステーションから該第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号が相対的に大きな角度スプレッドを有する場合に第２無線環境の存在を決定するステップと、
相対的に小さなビーム・スプレッドと相対的に大きなビーム・スプレッドとの間において前記第１ステーションから前記第２ステーションへの信号を、前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合に相対的に小さなビーム・スプレッドを選択するステップと、
前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合にはさらに、前記選択されたビーム・スプレッドをパラメータに基づいて増加させるか否かを決定して送信するステップと、
前記第１ステーションから前記第２ステーションへと、前記決定された無線環境タイプと前記パラメータとに依存する信号を送信するステップとを含み、
前記第２無線環境タイプの存在が決定した場合には、前記第１ステーションから前記第２ステーションに送信される前記信号に対して相対的に大きなビーム・スプレッドを選択し、そして
前記第２無線環境タイプの存在が決定されている場合には、前記第１ステーションにより送信される前記信号の前記ビーム・スプレッドを減少させるか否かを決定するステップをさらに含み、
前記信号の前記ビーム・スプレッドを減少させるか否かを決定するステップは、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した前回のN個の信号の前記角度スプレッドの変動を決定するステップと、算出された前記変動に関連するビーム・スプレッドでの前記信号を前記第２ステーションへと送信するステップとを含む、指向性無線通信方法。
【請求項３】
前記ビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定する前記ステップは、前記第１ステーションと第２ステーションとの間の距離を示す前記パラメータを考慮するステップと、前記第１ステーションと第２ステーションと間の前記距離が相対的に小さい場合に送信される前記信号の前記ビーム・スプレッドを増加させるステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１ステーションと第２ステーションとの間の前記距離が所定のしきい値よりも小さい場合に、送信される前記信号の前記ビーム・スプレッドを増加させる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定する前記ステップは、前記第１ステーションに対する前記第２ステーションの移動の速度を示す前記パラメータを考慮するステップと、前記相対速度が相対的に高い場合に前記第２ステーションに送信される前記信号の前記ビーム・スプレッドを増加させるステップとを含む、請求項１、２、３、または４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１ステーションに対する前記第２ステーションの前記速度が所定のしきい値よりも大きい場合に、送信される前記信号の前記ビーム・スプレッドを増加させる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定するステップは、前記第１ステーションに対する前記第２ステーションの相対移動性を示す前記パラメータを考慮するステップと、前記相対移動性が相対的に大きい場合に前記第２ステーションに送信される前記信号の前記ビーム・スプレッドを増加させるステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１ステーション対する前記第２ステーションの前記相対移動性が所定のしきい値より大きい場合に送信される前記信号の前記ビーム・スプレッドを増加させる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定する前記ステップは、前記第１ステーションのアンテナ・アレイの地上高および該アンテナ・アレイが前記ビーム・スプレッドを増加させる地上環境で相対的に低いか否かを考慮するステップを含む、請求項１または添付された前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記ビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定する前記ステップは、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信したN個の前回の信号の平均角度スプレッドを決定するステップを含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記平均角度スプレッドと同一または同様のビーム・スプレッドで前記信号が前記第１ステーションに送信される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記平均を決定する期間は、前記第１ステーションと第２ステーションとの間の距離、前記第１ステーションに関連する前記第２ステーションの速度、前記第１ステーションに対する前記第２ステーションの相対移動性を含むパラメータのうちの１つ以上を考慮して決定される、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
N個の先行信号の到着の優勢方向の前記変動を決定する、請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記送信する信号の前記ビーム・スプレッドが１つ以上のビーム方向により定義される、前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
前記第１ステーションは、セルラ通信ネットワーク内の基地トランシーバ・ステーションである、前記請求項のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記第２ステーションは、移動ステーションである、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
指向性無線通信を行うための第１ステーションであって、
前記第２ステーションからの信号を受信する手段と、
前記受信手段により受信した前記信号の前記角度スプレッドに基づいて前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号から、使用中の複数の異なる無線環境タイプが前記第１ステーションと前記第２ステーションとの間に存在するか否かを決定し、かつ前記第２ステーションからの信号が相対的に小さな角度スプレッドで前記受信手段により受信された場合には、前記無線環境が第１タイプであることを決定すると共に、前記第２ステーションからの信号が相対的に大きな角度スプレッドで前記受信手段により受信された場合には、前記無線環境が第２タイプであることを決定する決定手段と、
相対的に小さなビーム・スプレッドと相対的に大きなビーム・スプレッドとの間で前記第１ステーションから前記第２ステーションへと信号の送信を選択し、かつ前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合には、前記相対的に小さなビーム・スプレッドを選択すると共に、前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合には、前記受信した信号のパラメータに基づいて前記選択されるビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定する選択手段と、
前記決定手段により決定されたビーム・スプレッドで前記第１ステーションから前記第２ステーションへと信号を送信する構成の送信手段とを含み、
前記選択手段は、前記第２無線環境タイプの存在が決定された場合には、相対的に大きなビーム・スプレッドを選択し、そして
前記決定手段は、前記無線環境が上記第２タイプであることが決定された場合に、前記送信手段により送信された前記信号の前記角度スプレッドを減少させることが可能であるか否かを決定する構成とされており、前記決定は、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信する最後のN個の前回の信号に対して前記第２ステーションから該第１ステーションが受信する信号の２つの最終到着方向に基づき、そして前記送信手段は、前記２つの最終到着方向により定義されるビーム・スプレッドで前記第２ステーションへと信号を送信する構成とされている、第１ステーション。
【請求項１８】
指向性無線通信を行うための第１ステーションであって、
前記第２ステーションからの信号を受信する手段と、
前記受信手段により受信した前記信号の前記角度スプレッドに基づいて前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号から、使用中の複数の異なる無線環境タイプが前記第１ステーションと前記第２ステーションとの間に存在するか否かを決定し、かつ前記第２ステーションからの信号が相対的に小さな角度スプレッドで前記受信手段により受信された場合には、前記無線環境が第１タイプであることを決定すると共に、前記第２ステーションからの信号が相対的に大きな角度スプレッドで前記受信手段により受信された場合には、前記無線環境が第２タイプであることを決定する決定手段と、
相対的に小さなビーム・スプレッドと相対的に大きなビーム・スプレッドとの間で前記第１ステーションから前記第２ステーションへと信号の送信を選択し、かつ前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合には、前記相対的に小さなビーム・スプレッドを選択すると共に、前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合には、前記受信した信号のパラメータに基づいて前記選択されるビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定する選択手段と、
前記決定手段により決定されたビーム・スプレッドで前記第１ステーションから前記第２ステーションへと信号を送信する構成の送信手段とを含み、
前記選択手段は、前記第２無線環境タイプの存在が決定された場合には、相対的に大きなビーム・スプレッドを選択し、そして
前記決定手段は、前記無線環境が上記第２タイプであることが決定された場合に、前記送信手段により送信された前記信号の前記角度スプレッドを減少させることが可能であるか否かを決定する構成とされており、前記決定は、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した前回のN個の信号の前記角度スプレッドの変動に基づき、そして前記送信手段は、算出された前記変動に関連するビーム・スプレッドでの前記信号を前記第２ステーションへと送信する構成とされている、第１ステーション。
【請求項１９】
前記第１ステーションは、基地トランシーバ・ステーションである、請求項１７または１８に記載の第１ステーション。
【請求項２０】
通信システムであって、
第１ステーションと、
少なくとも１つの第２ステーションとを含み、
前記第１ステーションは、
前記第２ステーションからの信号を受信する手段と、
前記受信手段により受信した前記信号の前記角度スプレッドに基づいて前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号から、使用中の複数の異なる無線環境タイプが前記第１ステーションと前記第２ステーションとの間に存在するか否かを決定し、かつ前記第２ステーションからの信号が相対的に小さな角度スプレッドで前記受信手段により受信された場合には、前記無線環境が第１タイプであることを決定すると共に、前記第２ステーションからの信号が相対的に大きな角度スプレッドで前記受信手段により受信された場合には、前記無線環境が第２タイプであることを決定する決定手段と、
相対的に小さなビーム・スプレッドと相対的に大きなビーム・スプレッドとの間で前記第１ステーションから前記第２ステーションへと信号の送信を選択し、かつ前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合には、前記相対的に小さなビーム・スプレッドを選択すると共に、前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合には、前記受信した信号のパラメータに基づいて前記選択されるビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定する選択手段と、
前記決定手段により決定されたビーム・スプレッドで前記第１ステーションから前記第２ステーションへと信号を送信する構成の送信手段とをさらに含み、
前記選択手段は、前記第２無線環境タイプの存在が決定された場合には、相対的に大きなビーム・スプレッドを選択し、そして
前記決定手段は、前記無線環境が上記第２タイプであることが決定された場合に、前記送信手段により送信された前記信号の前記角度スプレッドを減少させることが可能であるか否かを決定する構成とされており、前記決定は、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信する最後のN個の前回の信号に対して前記第２ステーションから該第１ステーションが受信する信号の２つの最終到着方向に基づき、そして前記送信手段は、前記２つの最終到着方向により定義されるビーム・スプレッドで前記第２ステーションへと信号を送信する構成とされている、通信システム。
【請求項２１】
通信システムであって、
第１ステーションと、
少なくとも１つの第２ステーションとを含み、
前記第１ステーションは、
前記受信手段により受信した前記信号の前記角度スプレッドに基づいて前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号から、使用中の複数の異なる無線環境タイプが前記第１ステーションと前記第２ステーションとの間に存在するか否かを決定し、かつ前記第２ステーションからの信号が相対的に小さな角度スプレッドで前記受信手段により受信された場合には、前記無線環境が第１タイプであることを決定すると共に、前記第２ステーションからの信号が相対的に大きな角度スプレッドで前記受信手段により受信された場合には、前記無線環境が第２タイプであることを決定する決定手段と、
相対的に小さなビーム・スプレッドと相対的に大きなビーム・スプレッドとの間で前記第１ステーションから前記第２ステーションへと信号の送信を選択し、かつ前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合には、前記相対的に小さなビーム・スプレッドを選択すると共に、前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合には、前記受信した信号のパラメータに基づいて前記選択されるビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定する選択手段と、
前記決定手段により決定されたビーム・スプレッドで前記第１ステーションから前記第２ステーションへと信号を送信する構成の送信手段とをさらに含み、
前記選択手段は、前記第２無線環境タイプの存在が決定された場合には、相対的に大きなビーム・スプレッドを選択し、そして
前記決定手段は、前記無線環境が上記第２タイプであることが決定された場合に、前記送信手段により送信された前記信号の前記角度スプレッドを減少させることが可能であるか否かを決定する構成とされており、前記決定は、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した前回のN個の信号の前記角度スプレッドの変動に基づき、そして前記送信機は、算出された前記変動に関連するビーム・スプレッドでの前記信号を前記第２ステーションへと送信する構成とされている、通信システム。
【請求項２２】
コンピュータを、
第２ステーションから第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号から、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号の角度スプレッドに基づいて複数の異なる無線環境タイプが前記第１ステーションと前記第２ステーションとの間において存在するか否かを決定すると共に、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号が相対的に小さな角度スプレッドを有する場合に第１無線環境タイプの存在を決定し、前記第２ステーションから該第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号が相対的に大きな角度スプレッドを有する場合に第２無線環境の存在を決定する手段、
相対的に小さなビーム・スプレッドと相対的に大きなビーム・スプレッドとの間において前記第１ステーションから前記第２ステーションへの信号を、前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合に相対的に小さなビーム・スプレッドを選択する手段、
前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合にはさらに、前記選択されたビーム・スプレッドをパラメータに基づいて増加させるか否かを決定して送信する手段、
前記第１ステーションから前記第２ステーションへと、前記決定された無線環境タイプと前記パラメータとに依存する信号を送信する手段として機能させるための指向性無線通信プログラムであり、
前記第２無線環境タイプの存在が決定した場合には、前記第１ステーションから前記第２ステーションに送信される前記信号に対して相対的に大きなビーム・スプレッドを選択し、そして
前記第２無線環境タイプの存在が決定されている場合には、前記第１ステーションにより送信される前記信号の前記ビーム・スプレッドを減少させるか否かを決定する手段をさらに含み、
前記信号の前記ビーム・スプレッドを減少させるか否かを決定する手段は、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信する最後のN個の前回の信号に対して前記第２ステーションから該第１ステーションが受信する信号の２つの最終到着方向を決定する手段と、前記２つの最終到着方向により定義されるビーム・スプレッドで前記第２ステーションへと信号を送信する手段とを含む、指向性無線通信プログラム。
【請求項２３】
コンピュータを、
第２ステーションから第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号から、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号の角度スプレッドに基づいて複数の異なる無線環境タイプが前記第１ステーションと前記第２ステーションとの間において存在するか否かを決定すると共に、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号が相対的に小さな角度スプレッドを有する場合に第１無線環境タイプの存在を決定し、前記第２ステーションから該第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号が相対的に大きな角度スプレッドを有する場合に第２無線環境の存在を決定する手段、
相対的に小さなビーム・スプレッドと相対的に大きなビーム・スプレッドとの間において前記第１ステーションから前記第２ステーションへの信号を、前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合に相対的に小さなビーム・スプレッドを選択する手段、
前記第１無線環境タイプの存在が決定された場合にはさらに、前記選択されたビーム・スプレッドをパラメータに基づいて増加させるか否かを決定して送信する手段、
前記第１ステーションから前記第２ステーションへと、前記決定された無線環境タイプと前記パラメータとに依存する信号を送信する手段として機能させるための指向性無線通信プログラムであり、
前記第２無線環境タイプの存在が決定した場合には、前記第１ステーションから前記第２ステーションに送信される前記信号に対して相対的に大きなビーム・スプレッドを選択し、そして
前記第２無線環境タイプの存在が決定されている場合には、前記第１ステーションにより送信される前記信号の前記ビーム・スプレッドを減少させるか否かを決定する手段をさらに含み、
前記信号の前記ビーム・スプレッドを減少させるか否かを決定する手段は、前記第２ステーションから前記第１ステーションが受信した前回のN個の信号の前記角度スプレッドの変動を決定する手段と、算出された前記変動に関連するビーム・スプレッドでの前記信号を前記第２ステーションへと送信する手段とを含む、指向性無線通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、第１ステーションと第２ステーション間で信号が特定の方向にのみ送信される指向性無線通信の方法および装置に関連する。特徴的ではあるが限定的ではなく、本発明は、空間分割多元接続（SDMA）のようなアンテナ・アレイを応用可能な方法で利用するセルラ通信ネットワークに適用可能である。
【０００２】
現在採用されているセルラ通信ネットワークにより、基地トランシーバ・ステーション（BTS）により操作されるセルまたはセル・セクタを通じて、移動電話などの与えられた移動ステーション（MS）に向けて信号を送信する基地トランシーバ・ステーションが提供される。しかしながら、現在では空間分割多元接続（SDMA）システムが提案されている。同空間分割多元接続（SDMA）システムにおいては、基地トランシーバ・ステーションは、セルまたはセル・セクタを通じて与えられた移動ステーションに向けた信号を送信せず、２人の異なるユーザのサポートのために同じ周波数を同じセルの中において同時に使用できるように、移動ステーションからの信号を受信するビーム方向にのみ信号を送信する。SDMAは、基地トランシーバ・ステーションに対して、移動ステーションからの信号を受信する方向を決定することを可能にする。
【０００３】
１つの問題は、基地ステーションから移動ステーションへ信号が送信される方向が、移動ステーションから基地ステーションに受信する信号に基づいて決定されることである。しかしながら、動作の周波数分割二重モードでは、基地ステーションから基地ステーションに送信される信号の周波数が、基地ステーションから移動ステーションに送信される信号に使用される周波数とは相当に異なることにある。アップリンクおよびダウンリンク信号内で使用される周波数の違いは、アップリンク方向のチャネルの動作がダウンリンク・チャネルのチャネル動作と違うことを意味している。
【０００４】
時分割二重モードでは、アップリンク・チャネルおよびダウンリンク・チャネルにて使用される周波数は同じである。時分割二重モードでは、信号はアップリンクおよびダウンリンク・チャネル内で同時に送信されないことに注意する。二重化時間がチャネルのコヒーレンス時間よりも大幅に短い場合には、アップリンク・チャネルおよびダウンリンク・チャネルは同じ特徴を有する。チャネルのコヒーレンス時間は、送信記号が比較的チャネル変動により乱されないインターバルである。チャネル変動は、移動ステーションの動きなどの無線環境に起因する。従って、アップリンク・チャネルおよびダウンリンク・チャネルが同じであるという仮定でき、チャネルに対するコヒーレンス時間よりも短いアップリンク信号の受信からの時間内に信号がダウンリンク・チャネル上を送信されなければならない。移動ステーションが移動中である場合、同移動ステーションが停止している場合と比較して、ダウンリンク方向に送信されるべき信号がコヒーレンス時間よりも短い時間内に送信される可能性は低い。移動ステーションが移動していない場合でも、信号の受信から送信までの時間はコヒーレンス時間よりも大きい。
【０００５】
アップリンクおよびダウンリンク・チャネルのインパルス応答などの空間特性は、無線環境により大きく変動する。
【０００６】
上述した問題を扱うことを目的とした図１に示す周知のシステムでは、無線環境はマクロセルA、マイクロセルBおよび／またはピコセルCに分割される。マクロセルAは比較的大きいが、マイクロおよびピコセルははるかに小さい。ピコセルCはマイクロセルBより小さい。マイクロおよび／ピコセルBおよびCは、図１に示すようにマクロセルAに含ませることができる。マクロセルAにおける無線信号の動作は、マイクロまたはピコセルBおよびCにおける動作とは大幅に相違する。このように前記システムは、ダウンリンク方向に送信する信号のパラメータ決定に対して、異なるタイプの対応策の使用を可能にする。しかしながら、このシステムを使用すると、マクロおよびマイクロまたはピコセル内の信号の動作に誤りが発生することがある。例えば、マクロセルA内の基地ステーションの近くで動作している移動ステーションの信号は、広角度スプレッドを有する基地ステーションにより受信が可能である。このような動作はマイクロまたはピコセルに特有のものである。建物の存在によるストリートチャネリングは、狭角度スプレッドを有する信号の受信させることになる。このような操作はマクロセルに対してより特有である。それ故このモデルは、マクロ、マイクロ、またはピコセル内の実際の無線環境を常に反映するものではない。むしろこのモデルは、基地トランシーバ・ステーションに関連する移動ステーションの位置を与えられた予想無線環境に依る。従って、このモデルは時として信号品質の低下をもたらす。
【０００７】
本発明の特定の実施の形態の目標は、前記の問題を回避または少なくとも緩和する方法および装置を提供することである。
【０００８】
本発明の１つの特徴によれば、第１ステーションと第２ステーションと間の指向性無線通信の方法であって、該方法は、
第２ステーションから第１ステーションに受信した少なくとも１つの信号からの複数の無線環境タイプが該第１ステーションと第２ステーションとの間において存在するか否かを決定するステップと、
第１ステーションから第２ステーションへと少なくとも１つのパラメータが決定された無線環境タイプに依存する信号を送信するステップとを含む。
【０００９】
少なくとも１つの受信信号に従って無線環境タイプが決定されると、前記無線環境タイプは、予想無線環境ではなく、実際の無線環境を反映する。このように、第１ステーションにより送信された信号は、前記のシステムよりも実際の無線環境を考慮する。
【００１０】
無線環境タイプは、第２ステーションから第１ステーションに受信した信号の角度スプレッドから決定されるのが好ましい。この受信信号のパラメータは、指向性無線システムの無線環境タイプを決定するのに有用である。
【００１１】
第１無線環境タイプは、第２ステーションから第１ステーションに受信した少なくとも１つの信号が相対的に小さな角度スプレッドを有する場合にその存在が決定され、第２無線環境タイプは、第２ステーションから第１ステーションに受信した少なくとも１つの信号が相対的に大きな角度スプレッドを有する場合にその存在が決定されるのが好ましい。本発明の実施の形態において、２つ以上のタイプの無線環境がある。しかしながら、過度な複雑さを避けながら良好な結果を得るためには、無線環境は２つだけとされることが好ましい。
【００１２】
第１無線環境の存在が決定した場合、第１ステーションにより送信された信号は相対的に小さなビーム・スプレッドで送信され、第２無線環境の存在が決定した場合は、信号は相対的に大きなビーム・スプレッドで送信されるのが好ましい。このように、送信された信号は決定された無線環境タイプの特徴を考慮することができる。
【００１３】
上述した方法においては、第１無線環境タイプの存在が決定している場合は、第１ステーションにより送信される信号のビーム・スプレッドの増加を決定するステップをさらに含むことが好ましい。このように前記の方法は、狭いビームが適切な場合はその使用を保証する。しかしながら、通信の消失または低品質の通信を回避するためにより広いビームの使用が指示されている場合は、ビーム・スプレッドを増加することができる。
【００１４】
ビーム・スプレッドが増加するかを決定するステップは、第１と第２ステーション間の距離を示すパラメータの考慮および相対的に小さい第１と第２ステーション間の距離を第１ステーションに向けて送信される信号のビーム・スプレッドを増加させるステップを含む。第１ステーションと第２ステーションとの間の距離を示すパラメータは、GSMシステムなどの中の時間促進情報である。第１と第２ステーション間の距離が所定のしきい値よりも小さい時に第１無線環境タイプが存在する場合は、送信される信号のビーム・スプレッドが増加する。
【００１５】
または、あるいはさらに、ビーム・スプレッドが増加するかを決定するステップは、第１ステーションに関連する第２ステーションの移動の速度を示すパラメータを考慮するステップと、相対速度が相対的に高い場合の第２ステーションに送信される信号のビーム・スプレッドを増加させるステップとを含む。ここで、また、相対速度が所定のしきい値よりも大きい場合、しきい値を使用して送信される信号のビーム・スプレッドを増加させることができる。
【００１６】
変更された実施の形態においては、ビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定するステップは、第１ステーションに対する第２ステーションの相対移動性を示すパラメータの考慮するステップと、相対移動性が相対的に大きい場合の第２ステーションに送信される信号のビーム・スプレッドを増加よさせるステップとを含む。相対移動性は、第１ステーションに関連する第２ステーションの速度および第１と第２ステーション間の距離を考慮して行われる。相対移動性が定められたしきい値よびも大きい場合、しきい値を使用して送信される信号のビーム・スプレッドを増加させることができる。
【００１７】
前記のビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定する上記ステップは、環境上部の第１ステーションのアンテナ・アレイの高さおよびアンテナ・アレイがビーム・スプレッドが増加する環境に関連して相対的に低いかの決定より成るのが好ましい。この場合、しきい値を使用することもできる。
【００１８】
ビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定するステップは、これとは別に、または追加的に、第２ステーションから第１ステーションに以前受信したN個の信号の平均角度スプレッドを決定するステップを含んでいてもよい。例えば、GSMシステムにおいては、以前受信したN個の信号は、CDMAシステムの場合はN個のデータ・バーストまたはスロットである。信号は、所定の平均角度スプレッド以下のビーム・スプレッドで第１ステーションから送出されるのが好ましい。大きな角度スプレッド環境で使用される最小ビーム・スプレッドも存在する。平均値を決定する期間は、次のパラメータ、第１と第２ステーション間の距離、第１ステーションに関連する第２ステーションの速度、第１ステーションに関連する第２ステーションの移動性のうちの１つ以上を考慮することが好ましい。第２ステーションが移動中の場合は、平均値が採用される時間間隔は減少されることが好ましい。
【００１９】
第１無線環境が存在する場合は、送信される信号のビーム・スプレッドは減少するのではなく、適切な場合に増加のみされることが好ましい。
【００２０】
前記方法は、第２環境タイプが存在する場合には、第１ステーションにより送信される信号のビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定するステップを含むことが好ましい。特に、第２無線環境タイプの存在が決定している場合、第１ステーションにより送信された信号は独特の広角ビーム・スプレッドを有する。この方法により、ビーム・スプレッドが減少できるか否かが決定され、容量を改善することが可能になる。
【００２１】
信号のビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定するステップは、第２ステーションから第１ステーションが前回受信したN個の信号（例：最後のN個のデータ・バースト）に対する第２ステーションから第１ステーションへの信号用の２つの最終到着方向を決定するステップと、２つの最終到着方向により定義されるビーム・スプレッドを有する第２ステーションへと信号を送信するステップとを含む。
【００２２】
または、信号のビーム・スプレッドを増加させるか否かを決定するステップは、第２ステーションから第１ステーションが前回受信したN個の信号の角度スプレッドの変動を決定するステップと、算出された変動に関連するビーム・スプレッドを有する第２ステーションへと信号を送信するステップとを含む。N個の先行信号の到着の優勢方向の変動を決定することもできる。
【００２３】
これら２つの信号のビーム・スプレッドを増加させるか否かの決定方法においては、GSMシステム内で使用される場合は、N個の前回信号はN個の前回バーストとされ、方法がCDMAシステム内で使用される場合はN個のスロットとされる。
【００２４】
大きな角度スプレッド環境の存在が決定している場合、それが適切な場合は、ビーム・スプレッドは、減少のみで増加されないことが好ましい。
【００２５】
受信したおよび送信された信号のビーム・スプレッドは、１つ以上のビーム方向により定義されるのが好ましい。前記または各ビームの幅は、可変とされることが好ましい。
【００２６】
第１ステーションはセルラ無線ネットワーク内の基地トランシーバ・ステーションであるのが好ましい。第２ステーションは移動ステーションでも良い。
【００２７】
本発明の第２の特徴によれば、第２ステーションと指向性無線通信を行うため第１ステーションであって、
第２ステーションからの信号の受信手段と、
第２ステーションから第１ステーションが受信した少なくとも１つの信号からの複数の異なる無線環境タイプの第１ステーションと第２ステーションとの間における存在の決定手段と、
第２ステーションに信号を送出するための通信手段とを含み、
少なくとも１つの送信された信号のパラメータは、決定された無線環境タイプに依存している。
【００２８】
無線環境タイプは、受信手段により受信した信号の角度スプレッドから決定される。第２ステーションからの信号を比較的小さな角度スプレッドを有する受信手段により受信した場合、第１タイプの無線環境が、第２ステーションからの信号を相対的に大きな角度スプレッドを有する受信手段により受信した場合は、第２タイプの無線環境が決定されるのが好ましい。
【００２９】
決定手段は、第１タイプの無線環境が決定された場合は、送信手段により送信された信号の角度スプレッドは増加でき、第２タイプの無線環境が決定された場合は減少するように調整されることが好ましい。
【００３０】
本発明のより深い理解および適用化のために、下記の添付図面を例示的に参照することができる。
【００３１】
最初に、セルラ移動電話ネットワークのセル３を定義する３つのセル・セクタ２を示す図２を参照する。前記の３つのセル・セクタ２は、基地トランシーバ・ステーション（BTS）４の各々で扱われる。３つの個別基地トランシーバ・ステーション４は、同じ場所で提供される。各基地ステーション４は、３つのセル・セクタ２のそれぞれへまたはそれぞれから信号を送信または受信する個別トランシーバを有する。このように、１つの専用基地トランシーバ・ステーションが各セル・セクタ２に対して提供される。このように、BTS 4は個別セル・セクタ２に位置付けられた移動電話などの移動ステーション（MS）との通信が可能である。
【００３２】
本発明は、GSM（移動通信用大域システム）ネットワーク関連するものとして記述されている。しかしながら、本発明の実施の形態は、他の周波数分割多元接続システム、他の時分割多元接続システム、コード分割多元接続システムなどのスペクトル拡散システム、または本明細書において概要を示したシステムのうちの複数のシステムを使用するハイブリッド・システムなどの他のシステムでも使用可能であることに留意されたい。GSMシステム内では周波数分割／時分割多元接続（F／TDMA）システムが使用される。データは、基地ステーション４と移動ステーションとの間をバース・トモードで送信される。データ・バーストには、周知のデータのシーケンスであるトレーニング・シーケンスが含まれる。トレーニング・シーケンスの目的は後で説明する。各データ・バーストは、与えられた周波数帯域および同周波数帯域内の定められたタイム・スロットにおいて送信される。指向性アンテナ・アレイの使用は、空間分割多元接続をも可能にする。従って、本発明の実施の形態においては、各データ・バーストは与えられた周波数帯域上を、与えられたタイム・スロット内で、与えられた方向に送信される。接続チャネルは、与えられた周波数上を、与えられたタイム・スロット内で、与えられた方向に送信される与えられたデータに対して定義できる。
【００３３】
図３に、トランシーバとして動作する１つの基地トランシーバ・ステーションのアナログ・ビーム・フォーマにより制御される１つのアンテナ・アレイを示す。図３に示すアレイ６は、図１に示す３つのセル・セクタ２の内の１つだけを扱うことに留意されたい。他の２つのアンテナ・アレイ６は、他の２つのセル・セクタ２を扱うために提供される。アンテナ・アレイ６は８つのアンテナ要素al..a8を有する。要素al..a8は、各アンテナ要素間に半波長の間隔を空けるように水平列かつ直線に整列されることを特徴とする。各アンテナ要素は、信号の送受信のためおよびいずれかの適切な構造を有するように調整されている。各アンテナ要素al..a8はダイポール・アンテナ、パッチ・アンテナ、または他の適切なアンテナとされている。
【００３４】
後でより詳細に説明するが、アンテナ要素は、生成されるビームの数と共に各ビームの幅を制御するアナログ・ビーム・フォーマ８により制御される。アナログ・ビーム・フォーマ８はバトラー行列である。
【００３５】
アンテナ・アレイ６の各アンテナ要素al..a8は、移動ステーションMSに送信される同じ信号を供給される。しかしながら、個別のアンテナ要素al..a8に供給される信号の位相は、互いにずれを生じる。個別のアンテナ要素に供給される信号間の位相関係の相違は、指向性放射パターンを生じさせる。このように、基地ステーション４からの信号は、アレイ６に付随するセル・セクタ２内の特定の方向にのみ送信される。アレイ６により得られた指向性放射パターンは、位相が相互にずれを生じ、各アンテナ要素al..a8により送信される信号間に生じる相乗的、かつ破壊的な干渉の結果である。アンテナ・アレイ６は、複数の方向の内の１つ以上にビームを提供するように制御可能である。図示されている実施の形態では、最大８つのビームが提供可能である。各ビームの幅も制御可能である。
【００３６】
各アンテナ要素al..a8において提供された信号の相対位相は、信号が１つ以上の希望のビーム方向へと送信可能なようにビーム・フォーマ８により制御される。このように、ビーム・フォーマ８は位相ずれ機能を提供する。ビーム・フォーマ８はBTS４からの８つの入力10a-h及それぞれ各アンテナ要素al..a8に対する８つの出力を有する。個別入力10a-hが受信した信号は、送信されるデータ・バーストおよびビーム幅に関する情報より成る。８つの入力10a-hの各々は、与えられたデータ・バーストが送信される可能性のある８つの異なるビーム方向の内の１つを表す。例えば、ビーム・フォーマ８が第１入力10aに信号を受信すると、ビーム・フォーマ８は、希望のビーム幅を有する与えられた方向にビームが生じ、同ビーム方向にデータ・バーストが送信されるように希望の位相相違を有するアンテナ要素al..a8の各々に対して入力10aに提供された信号を印加する。同様に、入力10bに提供された信号により、必要なビーム幅等を伴ったビーム方向が生じる。
【００３７】
すでに論じたように、アンテナ・アレイ６のアンテナ要素al..a8はMSから信号を受信し、併せてMSに信号を送信する。MSから送信された信号は、一般的に８つのアンテナ要素al..a8の各々が受信する。しかしながら、個別アンテナ要素al..a8が受信する信号間には位相相違がある。ビーム・フォーマ８により、個別アンテナ要素al..a8が受信した信号の相対位相から信号を受信した方向および角度スプレッドを確定することが容易となる。
【００３８】
幅Wを有する１つ以上のビームは、送信用に選択可能である。１つ以上の信号（10a‐10h）を選択することは、より広い幅のビームを生成することになる。
【００３９】
ビーム・フォーマ８は８つの入力を有し、各入力は、アンテナ要素al..a8の各々からの各アンテナ要素が受信した信号用のものである。ビーム・フォーマ８は８つの出力14a-hを有する。出力14aから14hの各々は、与えられたデータ・バーストを受信する特定の方向に対応している。例えば、アンテナ・アレイ６が第１方向からMSからの信号を受信した場合、ビーム・フォーマ８は出力14aに受信信号を出力する。第２の異なるビーム方向から受信した信号は、ビーム・フォーマ８から出力14bへの受信信号出力その他の原因となる。要約すると、ビーム・フォーマ８は、位相が相互にずれた同じ信号の８つのバージョンをアンテナ要素al..a8に受信する。相対位相ずれから、ビーム・フォーマ８により受信信号を受信した方向の確定させることをようにすることが可能となり、信号は、同信号を受信した方向によって与えられた出力14a-hから出力される。または、位相転移機能および角度スプレッドの確定はディジタル信号プロセッサ中でディジタルに実行することが可能である。
【００４０】
実際には、信号はサイドローブおよび／またはマルチパス効果により必ずしも１つのビーム方向から受信するとは限らない。特に、ある環境においては、MSからの１つの信号またはデータ・バーストは、MSとBTS 4の間を行き来している間に、信号の反射により１つ以上の方向から来ているように見えることがある。ビーム・フォーマ８は、与えられた信号またはデータ・バーストがきていると思われる各方向に対応する各出力14a-hに信号を提供する。これにより、同じデータ・バーストがビーム・フォーマ８の複数の出力14a-hに提供される。しかしながら、個別の出力14a-hの信号は、相互に時間遅延を生じる。多数の方向から受信する信号のレベルまたは振幅はしばしば非常に低く、本発明の幾つかの実施の形態中では無視でき得るものであることに留意されたい。
【００４１】
ビーム・フォーマ８の各出力14a-hは、受信信号を増幅する個別の増幅器１６の入力に接続される。ビーム・フォーマ８の各出力14a-hに対して１つの増幅器１６が提供されている。増幅された受信信号は、次に受信信号がBTS 4により処理できるように受信信号の周波数をベースバンド周波数へと減少するために増幅信号を操作する、個別プロセッサ１８により処理される。前記処理を実現するために、プロセッサ１８は入力信号から搬送波周波数コンポーネントを除去する。ここでまた、ビーム・フォーマ８の各出力14a-hに対して１つのプロセッサ１８が提供されている。アナログ形式の受信信号は、次にアナログ／ディジタル（A／D）コンバータ２０によりディジタル信号へと変換される。８つのA／Dコンバータ２０が提供され、それぞれがビーム・フォーマ８の各出力14a-hに対応する。次に、ディジタル信号はさらなる処理のために個別入力19a-h経由でディジタル信号プロセッサに入力される。
【００４２】
ディジタル信号プロセッサ２１も８つの出力22a-hを有し、それぞれ与えられたMSに送信される信号を表すディジタル信号を出力する。選択された出力22a-hは、信号が送信されるビーム方向を表す。ディジタル信号情報は、ディジタル／アナログ（D／A）コンバータ２３によりアナログ信号へと変換される。ディジタル信号プロセッサ２１の各出力22a-hに対して１つのディジタル／アナログコンバータが提供されている。次にアナログ信号は、送信される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。アナログ信号は、プロセッサ２４により処理される前はベースバンド周波数となっている。処理された信号は、次に個別位相変調器２５に出力される。
【００４３】
各プロセッサ２４に対して１つの位相変調器２５が提供され、個別の位相変調器２５の出力は、個別の信号を増幅する出力増幅器２６に渡される。ここでまた、各位相変調器２５に対して１つの出力増幅器が提供されている。個別の出力増幅器２６の出力は、ビーム・フォーマ８の個別入力10a-hに提供される。従って、プロセッサ２４、増幅器２６、および位相変調器２５がディジタル信号プロセッサ２１の各出力22a-hに対して提供されている。
【００４４】
ここで、ディジタル信号プロセッサ２１をより詳細に図示する図４を参照する。図４に示す様々なブロックは、必ずしも本発明を具体化する実際のディジタル信号プロセッサ２１の個別の要素に対応している必要はないことに留意されたい。特に、図４に示す様々なブロックは、ディジタル信号プロセッサ２１により実行される様々な機能に対応する。本発明の１つの実施の形態においては、ディジタル信号プロセッサ２１は少なくとも部分的に集積回路内で使用され、幾つかの機能が同じ要素により実行される。
【００４５】
ディジタル信号プロセッサにより個別的に入力19a-hにより受信された各信号は、分離要素（図示されてはいない）によりビーム幅に関連する情報と受信信号部分に分けられる。ビーム幅に関連する情報は、後でより詳細に説明する分析ブロック３４に入力される。ディジタル信号プロセッサ２１により個別の入力19a-hに受信された各信号は、個別チャネル・インパルス応答（CTR）エスティメータ・ブロック３０に入力される。CIRエスティメータ・ブロック３０には、受信信号の一部を一時的に収容するためのメモリ容量も含まれる。チャネル・インパルス応答エスティメータブロック３０は個別入力19a-hのチャネルのチャネル・インパルス応答を評価できるように調整されている。すでに述べたように、選択された周波数帯域、割り当てられたタイム・スロット、および信号を受信する方向内を送信される与えられたデータ・バーストのために付加チャネルを定義することができる。ディジタル信号プロセッサの入力19aに受信した信号が主に定められた幅などを有する第１方向より受信した信号を表すように、信号を受信する方向およびその幅がビーム・フォーマ８により確認することが容易となる。与えられた入力に受信した信号には、例えば隣接入力などに受信した信号のサイドローブも含まれることに留意されたい。
【００４６】
移動ステーションMSからBTS 4に送信された各データ・バーストには、トレーニング・シーケンスTSが含まれる。しかしながら、BTS 4が受信したトレーニング・シーケンスTSRXは、ノイズおよびトレーニング・シーケンスの隣接ビット間の干渉につながるマルチパス効果の影響を受ける。TSRXは、同一チャネル干渉を引き起こす同じ周波数を使用する他のセルまたはセル・セクタ内の移動ステーションなどの他の移動ステーションからの干渉の影響も受ける。後に考察するように、MSからの与えられた信号は、BTSに達するために１つ以上のパスを通り、アンテナ・アレイ６により与えられたビーム方向から与えられた信号の１つ以上のバージョンが検出される。入力19aから受信したトレーニング・シーケンスTSRXは、CIRエスティメータ・ブロック３０によりデータ記憶３２に収容されている基準トレーニング・シーケンスTSREFと相互に関連付けられる。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・シーケンスに同じである。実際には、受信トレーニング・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３２にビットシーケンスとして記憶されている。従って、相互関連付けが行われる前は、収容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。すなわち、BTS 4が受信したひずみトレーニング・シーケンスは、トレーニング・シーケンスの非ひずみバージョンと関連付けられる。本発明の別の実施の形態においては、受信したトレーニング・シーケンスは、基準トレーニング・シーケンスとの関連付けに先立って復調される。この場合、基準トレーニング・シーケンスは再び受信トレーニング・シーケンスと同様の形式を有する。すなわち、基準トレーニング・シーケンスは変調されない。
【００４７】
基準トレーニング・シーケンスTSREFおよび受信トレーニング・シーケンスTSRXはそれぞれデータのLビットに対応する、例えば２６ビットの長さLを有する。受信トレーニング・シーケンスTSRXの割り当てられたタイム・スロット内の正確な位置は不明である。なぜならば、BTS 4からの移動ステーションMSの距離が、割り当てられたタイム・スロット内のMSにより送信されたデータ・バーストの位置に影響を与えるからである。例えば、移動ステーションMSがBTS 4から比較的遠い場合、割り当てられたタイム・スロット内で後にトレーニング・シーケンスが起きるが、移動ステーションMSがBTS 4に近い場合にはこの現象はない。
【００４８】
受信トレーニング・シーケンスTSRXの割り当てられたタイム・スロット内の位置の不確かさを考慮に入れるために、受信トレーニング・シーケンスTSRXが基準トレーニング・シーケンスTSREFとｎ回関連付けられる。代表的なｎは、７か9である。ｎは奇数であることが好ましい。ｎ関連付けは、獲得された最大相互関連のいずれかの辺を代表する。受信トレーニング・シーケンスTSRXの基準トレーニング・シーケンスTSREFとの相対位置は、各連続相互関連間で位置１つずれる。各位置はトレーニング・シーケンス内の１ビットに相当し、１遅延セグメントを表す。受信トレーニング・シーケンスTSRXの基準トレーニング・シーケンスTSREFとの各単一相互関連は、同相互関連にチャネル・インパルス応答を表すタップまで上げられる。ｎ個の個別相互関連は、ｎ値を有するタップ・シーケンスを増加させる。幾つかのタップはゼロか非常に小さい値であることに留意されたい。この現象は、タップ・シーケンスのいずれかの端または両端で起き、最大値はタップ・シーケンスの中間領域に位置する。
【００４９】
ここで、８つの空間方向に対応する８つの使用可能チャネルの内の４つに対するチャネル・インパルス応答を示す図５を参照する。すなわち、図５はビーム・フォーマ８により移動ステーションから受信した与えられたデータ・バーストに対応する４つのチャネルに対するチャネル・インパルス応答を示す。なお、同データ・バーストは与えられた周波数帯域および所定のタイム・スロット内にある。各グラフのｘ軸は、時間遅延の単位であり、ｙ軸は相対出力の単位である。グラフ上で印が付けられている各ライン（またはタップ）は、所定の相互関連遅延に対応する受信信号のマルチパスを表す。各グラフはラインまたはタップを有し、１つのタップが各相互関連に対応する。
【００５０】
予測されたチャネル・インパルス応答から、割り当てられたタイム・スロット内のトレーニング・シーケンスの位置が確定できる。受信トレーニング・シーケンスTSRXおよび基準トレーニング・シーケンスTSREF間の最良の相互関連が達成された時に最大タップ値が獲得される。
【００５１】
CIRエスティメータ３０は、各チャネルに対して５つの（または他の適切な数の）最大エネルギーを与える連続タップも決定する。与えられたチャネルに対する最大エネルギーは下記式により計算される。
【００５２】
【数１】
0004261066.tif 000002
【００５３】
上式中、ｈは基準トレーニング・シーケンスTSREFと受信トレーニング・シーケンスTSRXとの相互関連付けの結果としてのタップ振幅を表す。ＣＩＲエスティメータ・ブロック３０はスライディング・ウィンドウ技術を使用して与えられたチャネルに対する最大エネルギーを評価する。すなわち、ＣＩＲエスティメータ・ブロック３０は５つの隣接値の各々を考慮してそれら５つの値からエネルギーを算出する。最大エネルギーを与える５つの隣接値は、そのチャネルのインパルス応答の代表として選択される。
【００５４】
エネルギーは、与えられたMSからBTS 4が与えられた方向より受信する所望の信号の強度の単位と考えることができる。このプロセスは、同じデータ・バーストが受信できる８つの異なるビーム方向の各々に対して実行される。最大エネルギーで受信した信号は、同信号の最小減衰を提供するパスを通っている。本パスは、到着パスの優勢方向である。
【００５５】
分析ブロック３４はＣＩＲエスティメータ・ブロック３０の出力に接続されている。分析ブロック３４は、受信信号（１つ以上のビーム方向から来た可能性のある）の総角度スプレッドに関する評価を行う。この評価は、いずれかの適切な方法で行われる。角度スプレッドを確定する１つの方法においては、分析ブロック３４は、どのチャネルが与えられたしきい値を超える最大エネルギーを有するかを考察する。総角度スプレッドは、しきい値を超える最大エネルギーを有する前記のチャネルに付随するビーム幅情報を合計することにより決定される。算出された角度スプレッドは、次にさらなるしきい値と比較される。総角度スプレッドが与えられたしきい値より低い場合、移動および基地ステーションが小角度スプレッド無線環境で動作していることが分析ブロック３４により確定される。総角度スプレッドが与えられたしきい値を上回っている場合は、移動および基地ステーションが大角度スプレッド無線環境で動作していることが分析ブロック３４により確定される。これにより、基地トランシーバ・ステーションはそれ自身および移動ステーションが小角度スプレッド無線環境で動作しているか大角散布無線環境で動作しているかを確定することができる。
【００５６】
信号の角度スプレッドに従うことは、信号を受信したと思われるビーム方向の幅の合計を示すことに留意されたい。ビーム・スプレッドとは、信号が送信される各ビーム方向の幅の合計を示す。
【００５７】
小角度スプレッド環境においては、移動ステーションからの信号は、小角度スプレッドを有する基地トランシーバ・ステーションが受信する。すなわち、受信信号は狭くまたは適切に定義されている。一般的に、角度スプレッドは、移動ステーションと基地トランシーバ・ステーションとの間の距離に反比例していることに留意されたい。このように、一般的に角度スプレッドは、移動ステーションが基地トランシーバ・ステーションに近いほど増加する。小角度スプレッドは、移動ステーションが基地ステーションから比較的遠い場合および／または基地ステーションアンテナが地上環境よりも明らかに高い位置にある場合に達成されるという特徴があるが、常にそうであるとは限らない。なぜならば、前記の場合には、移動ステーションからの信号が反射せずに直接パスを通る可能性が大きくなるからである。
【００５８】
基地ステーションから送信された信号のビーム・スプレッドは、次のように制御される。分析ブロック３４が基地ステーションおよび移動ステーションが小角度スプレッド環境で動作していることを確定すると、原則的な対策としてはできるだけ小さなビーム・スプレッドで移動ステーションに信号を送信することである。しかしながら、信号のビーム・スプレッドを広げる方が好ましい特別な場合もある。例えば、チャネルにおいてフェーディングが起きた場合、基地ステーションは小さな角度スプレッドを有する信号を受信する。チャネル・フェーディングがない場合は、基地ステーションはより広い角度スプレッドを有する信号を受信する。その後、基地ステーションが前記の狭いビーム・スプレッドを使用して移動ステーションに信号を送信する場合は、移動ステーションが受信する信号の品質が低下する。例えば、ノイズに起因する問題が悪化する。移動ステーションが移動中の場合は、他の問題が起きる。移動ステーションがその信号を基地ステーションに送信した後で移動ステーションがかなりの距離を移動した場合は、移動ステーションは狭いビーム・スプレッドを有する基地ステーションから送信された信号を満足に受信することができない。基地ステーションによってより広いビーム・スプレッドが使用された場合は、前記の問題を避けることができる。
【００５９】
第１の問題を処理するために、移動ステーションから受信したN個の先行バーストの角度スプレッドが計算され、平均角度スプレッドが計算される。平均は、短期のフフェーディングが起きる時間間隔を上回る時間間隔を引き継ぐ。平均時間間隔の長さも、移動ステーションの移動性により制限される。特に、移動ステーションが基地トランシーバ・ステーションから遠く離れないように、平均が行われる時間間隔はあまり大きく取ってはならない。１つの実施の形態においては、平均が取られる時間間隔は、時間進行情報に比例する。
【００６０】
時間進行情報は、GSMシステム内で移動ステーションからBTS 4に送信された信号が割り当てられたタイム・スロットに陥らないように保証するために使用される。移動ステーションが基地ステーションから比較的遠い場合は、移動ステーションからの信号が基地ステーションに到達するのにより長い時間が掛かる。移動ステーションから基地ステーションに受信した信号がその割り当てられたタイム・スロット内にあることを保証するために、時間進行情報により、移動ステーションが基地ステーションにより近い場合と比較して、より早く移動ステーションがその信号を基地ステーションに送信する。時間進行情報は、算出された相対遅延および現時間進行情報から計算可能である。
【００６１】
分析ブロック３４は、最大エネルギーを提供する５つの値を定義する各チャネルに対して各ウィンドウの開始位置を決定するように調整されている。各ウィンドーの時間遅延は、次に基準点とウィンドウの開始点の間の時間に基づいて決定される。前記基準点は、各枝路内の全受信トレーニング・シーケンスの関連付けが開始された時の共通時間であり、タイミングは、全枝路または同等の共通点の最も早いウィンドウ・エッジに対応する。割り当てられたタイム・スロット内の受信トレーニング・シーケンスTSRXの位置は相対時間遅延の単位である。必要な時間進行情報の計算に使用する時間遅延として、平均相対時間遅延が計算されるか、または最強信号の相対遅延が選択される。
【００６２】
第２の問題を処理するために、基地トランシーバ・ステーションから送信された信号のビーム・スプレッドが、基地トランシーバ・ステーションと移動ステーション間の距離に応じて設定される。時間進行情報は、移動ステーションと基地トランシーバ・ステーションとの間の距離を測定する単位として使用される。基地ステーションと移動ステーションとの間の距離が広がると、より狭い角度スプレッドまたはその逆が使用可能である。または、移動ステーションの基地ステーションからの距離が離れるほど、基地ステーションは送信信号の角度スプレッド拡大を試行しなくなる。
【００６３】
移動ステーションの速度は送信ビーム・スプレッドの制御に使用できる。移動ステーションの速度は、エンベロープ・アルゴリズム使用などの適切な方法により算出可能である。この方法は距離測定のこれとは別の、または付加的方法となる。特に、移動ステーションの移動速度が速いほど使用されるダウンリンク・ビーム幅が広がる。前記２つのケースの双方において、しきい値を使用することも可能である。速度が与えられたしきい値を下回っている場合、または移動ステーションと基地トランシーバ・ステーション間の距離が与えられた値を上回っている場合、基地ステーションが受信した信号または小角度スプレッド環境に対して定められた値の角度スプレッドと同じまたはそれに類似したビーム・スプレッドで信号を送出するように基地ステーションが制御される。速度がしきい値を上回っている場合、または距離がしきい値を下回っている場合、ビーム・スプレッドは速度または距離に比例して増加するか、またはそれに従って定められる。本発明の実施の形態においては、しきい値は分配され、ビーム・スプレッドは基地ステーションと移動ステーションとの間の距離または移動ステーションの速度に比例する可能性がある。しかしながら、しきい値が使用されることが好ましい。
【００６４】
ビーム・スプレッドが基地ステーションに関連した移動ステーションの相対移動性に基づいて増加するかを決定することもできる。移動ステーションの相対移動性は下記のように定義される。
【００６５】
【数２】
0004261066.tif 000003
【００６６】
上式中、ｖは移動ステーションの移動性であり、ｄは移動ステーションと基地トランシーバ・ステーションとの間の距離である。ビーム・スプレッドは、移動性に比例するかそれに基づいて決定される。送信される信号のビーム・スプレッドは、受信信号の角度スプレッド×相対移動性に比例する。ここでも、しきい値を使用することが可能である。従って、移動性値がしきい値を超えた場合、算出移動性に従って信号のビーム・スプレッドが増加する。または、基地トランシーバ・ステーションから受信した信号の角度スプレッドに関係なく、ビーム・スプレッドが相対移動性と比例させられる。しかしながら、小角度スプレッド環境においては、送信信号のビーム・スプレッドは定められた最小値を有することが好ましい。
【００６７】
小角度スプレッド環境においては、基地トランシーバ・ステーションが送信した信号のビーム・スプレッドは、前回のN個のバーストにわたる平均角度スプレッド、基地ステーションと移動ステーションとの間の距離、移動ステーションの速度、または移動ステーションの相対移動性とが、基地ステーションが送信した信号のビーム・スプレッドを増加させる必要があることを示していない限りは、基地ステーションが受信した信号の角度スプレッドまたは定められた最小サイズと同じまたはそれに類似したサイズを有する。小角度スプレッド環境においては、ビーム・スプレッドは最小値を決して下回らないのが好ましい。受信角度スプレッドが最小サイズを下回っている限りは、最小ビーム・スプレッドが使用される。信号のビーム・スプレッドを基地ステーションが送信するかを決定するにあたって、上述した要因のうちの１つ以上を考慮に入れることができることに注目する。
【００６８】
上述した方法はすべて、分析ブロック３４は、環境が小角度スプレッド環境か、移動ステーションと基地ステーションとの間の距離か、移動ステーションの速度か、基地ステーションのアンテナ・アレイの地上高か、および／または移動ステーションの相対移動性かを考慮し、距離、速度、および／または相対移動性の値に基づいてビーム・スプレッドを決定するためにアルゴリズムを選択する。
【００６９】
分析ブロック３４がビーム・スプレッドが所定のしきい値を上回っていると判断された場合、前記のように、移動および基地ステーションは大角度スプレッド無線環境で動作していると判断される。
【００７０】
大角度スプレッド環境において、移動ステーションからの信号は大角度スプレッドで受信される。広角度スプレッドは、移動ステーションが基地ステーションに近いか、および／または基地ステーションのアンテナ・アレイの地上高が低い場合に起きるという特徴があるが、常にそうであるとは限らない。広角度スプレッドはセル・セクタ２全体をカバーする。基地トランシーバ・ステーションは、それにより受信され、セル・セクタ２全体を超えての送信を可能にする同一、または同様の広角度スプレッドによる移動ステーションへの送信が可能になる。このことは、容量に関しては好ましくない。または、無線環境が大角度スプレッド無線環境であると判断された場合、基地ステーションは定められた広ビーム・スプレッドを使用して移動ステーションに信号を送信することができる。特定の状況下においては、定められたビーム・スプレッドは受信信号の角度スプレッドより小さい。
【００７１】
従って，基地ステーションが送信した信号のビーム・スプレッドは次のように制御されるように提案される。分析ブロック３４が、基地トランシーバ・ステーションおよび同ステーションが通信している移動ステーションが大角度スプレッド環境において動作していることを知っているため、ビーム・スプレッドが減少可能であると決定しない限り、基地トランシーバ・ステーションは広ビーム・スプレッド（受信信号の角度スプレッドにより決定された、または定められた角度スプレッドであるビーム・スプレッド）により送信する。
【００７２】
送信される信号のビーム・スプレッドが減少可能かを決定する１つの方法として以下のものを挙げることができる。最後のN個のバーストが移動ステーションから基地トランシーバ・ステーションに到着する優勢方向を考慮するものである。到着の優勢方向は、信号の最強のバージョンが移動ステーションから基地ステーションに受信したビーム方向である。最後のN個のバーストが到着する優勢方向の変動が計算され、適切な場合は、基地トランシーバ・ステーションにより送信される信号のビーム・スプレッドが、算出された変動に比例して減少される。
【００７３】
ビーム・スプレッドが減少可能かを決定する第２の方法を以下に示す。移動ステーションから移動ステーションに受信したN回の前回のバースト用の２つの最優勢な方向が決定される。すなわち、基地ステーションにおける最低および最高入射角を有する到着の優勢方向が、先行するN個のバーストのために認識される。次に、基地ステーションにより送信される信号は、到着の２つの最優勢方向の入射角間の相違によって定義されたビーム・スプレッドを有する。信号の送信の方向は、基地ステーションへの信号到着の２つの最優勢方向およびその間のビーム方向となる。このように、基地ステーションにより送信された信号は、基地ステーションへの信号到着の最優勢方向間にわたるスプレッドを有する。
【００７４】
本発明の実施の形態においては、大角度スプレッド無線環境の存在が確定されている場合、ビーム・スプレッドは減少のみ可能であり、増加することはできないことに注目するべきである。ビーム・スプレッドが減少可能かを決定する２つの方法は、同時に使用することもでき、互いに別の方法として使用することもできる。
【００７５】
生成ブロック３８は、ディジタル信号プロセッサ２１から出力される信号の生成に関与する。生成ブロック３８は、移動ステーションMSに送信される音声および／または情報を表す入力４０を有している。生成ブロック３８は、移動ステーションNSに送信される音声または情報の復号化に関与し、信号内にトレーニング・シーケンスおよび同期シーケンスを含む。生成ブロック３８は、変調信号の発生にも関与する。生成された信号および分析ブロック３４からの出力により提供されたビーム方向に基づき、生成ブロック３８はディジタル信号プロセッサの個別出力22a-h上に信号を提供する。
【００７６】
生成ブロック３８は、１つ以上のビーム方向に送信された信号が必要な音響出力レベルを有することを保証するための変調制御に使用される出力５０も提供する。前記音響出力レベルは、分析ブロック３４によりいずれかの適切な方法を使用して決定される。各増幅器２６の音響出力レベルが個別に設定可能なことに注目するべくである。チャネル・インパルス応答ブロック３０の出力も、移動ステーションMSから受信した信号のイコライズおよびマッチングに使用される。特に、多重路伝播による記号間の干渉の効果は、マッチング・フィルタ（MF）およびイコライザ・ブロック４２により取り除くか軽減することが可能である。マッチング・フィルタ（MF）およびイコライザ・ブロック４２がMSからの信号を受信するための入力（図示されてはいない）を有することに留意する。各ブロック４２の出力は、MSにより送信された音声および／または情報の復旧に関与する復旧ブロック４４が受信する。前記復旧ブロックにより実行されるステップには、信号の復調および復号が含まれる。復旧された音声または情報は、出力４６に出力される。
【００７７】
上述した実施の形態に対する変更例において、アナログ・ビーム・フォーマがディジタル・ビーム・フォーマと入れ換えられる。一般的に、アナログ・ビーム・フォーマはディジタル・ビーム・フォーマより柔軟性において劣る。なぜならば、アナログ・ビーム・フォーマは、一般的に各々が固定角度スプレッドを有する固定された数のビームを提供するからである。ディジタル・ビーム・フォーマ内では、ビームの数およびそれらのビーム幅は必要に応じて変更できる。その後、適切な数のビームが選択される。アナログ・ビーム・フォーマの使用により、送信ビーム幅並びにビーム送信方向の荒制御を提供する。ディジタル・ビーム・フォーマを使用するとビーム幅が必要に応じて変更可能なため、複数の異なるビーム方向を効果的にカバーする広い単一ビームが送信可能である。この処理により、重なり合うまたは干渉し合う隣接ビームによる問題が解決可能である。このように、ディジタル・ビーム・フォーマは基地トランシーバ・ステーションの動作に対して改善された柔軟性を提供し、バトラー行列回路などと比較して拡大された容量の提供が可能である。
【００７８】
後に考察するように、前記の実施の形態は、アナログ・ビーム・フォーマから８つの出力が提供されていることを示す。実際には異なるチャネルの数がディジタル・ビーム・フォーマの各出力に同時に出力されることに留意する。これらの出力はそれぞれ異なる周波数帯域を有している。
【００７９】
個別増幅器、プロセッサ、位相変調器、アナログ／ディジタル変換器、およびディジタル／アナログ変換器が示されており、実際の処理では、これらは複数の入力および出力を有する１つの要素により提供される。
【００８０】
上述した実施の形態は、SDMAシステム関連するものとして記述されている。しかしながら、本発明の実施の形態は、適用可能なように制御されるアンテナのアレイの提供にあたって使用することができる。
【００８１】
本発明の実施の形態は、音声またはデータを転送するセルラ通信ネットワークのいかなるタイプにおいても使用可能であることに留意するべきである。本発明の実施の形態は、送信および受信パケットデータを使用するセルラ通信ネットワークにも適用可能である。本発明の実施の形態は、パケット無線にも適用可能である。
【００８２】
上述した本発明の実施の形態は基地トランシーバ・ステーションであるが、本発明の実施の形態は移動ステーションや同様のシステムにも適用可能なことに留意するべきである。
【００８３】
本発明の実施の形態は、セルラ通信ネットワーク以外への適用も可能である。例えば、本発明の実施の形態は、指向性無線通信を必要とするいかなる環境においても使用可能である。例えば、前記の実施の形態はプライベート無線ネットワークまたは同様のシステム内で使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  セルラネットワークのセルの周知のモデルを示した図。
【図２】  基地トランシーバ・ステーション（BTS）およびそれに付随するセル・セクタの概略を示した図。
【図３】  本発明の実施の形態であるアンテナ・アレイおよび基地トランシーバ・ステーションの概略を示した図。
【図４】  図３のディジタル信号プロセッサの概略を示した図。
【図５】  ８つの使用可能チャネルの内の４つのチャネルのチャネル・インパルス応答を示した図。
【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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