(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムにおけるセクタ化カバレッジ区域に無線通信を行う装置であって、
前記セクタ化カバレッジ領域の各セクタに対して制御信号を発生する手段と、
移動受信局又は固定受信局がルーティングされるべき前記セクタに関する情報を含むルーティング信号に基づいて前記トラフィック信号を適切なラジオ・チャンネル・ユニットにルーティングするための入力として複数のトラフィック信号及びルーティング信号を有する信号ルーティング手段と、
前記制御信号および少なくとも１つのトラフィック信号の入力信号を、各々が同制御信号および少なくとも１つのトラフィック信号の一部を備えている２つ以上の変換信号に変換する変換手段と、
前記変換信号を増幅する複数の増幅手段と、
前記複数の増幅手段から受信した前記変換信号を、前記セクタ化カバレッジ区域内の受信局に送信するために、前記制御信号および前記少なくとも１つのトラフィック信号に変換する逆変換手段とから成ることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記受信局は、移動局または固定局から成ることを更なる特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記変換手段は、フーリエ変換マトリクスまたはバトラ変換マトリクスから成ることを更なる特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記無線通信システムは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）セルラ通信システムから成ることを更なる特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記トラフィック信号は、前記ＣＤＭＡセルラ通信システムとの互換性を維持するように処理された音声／データ信号から成ることを更に特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記複数の増幅手段の各々は、シングル・トーン広帯域線形電力増幅器から成ることを更なる特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの制御信号が、前記セクタ化カバレッジ区域の少なくとも２つのセクタに対する制御を行うことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
無線通信システムにおいて、セクタ化カバレッジ区域に対して無線通信を行う方法であって、
前記セクタ化カバレッジ区域の各セクタに特定の制御信号を発生するステップと、
移動受信局又は固定受信局がルーティングされるべき前記セクタに関する情報を含むルーティング信号に基づいて少なくとも１つのトラフィック信号を適切なラジオ・チャンネル・ユニットにルーティングするステップと、
前記制御信号および前記少なくとも１つのトラフィック信号を、各々が同制御信号および少なくとも１つのトラフィック信号の一部を備えている２つ以上の変換信号に変換するステップと、
前記変換信号を増幅するステップと、
前記複数の増幅手段から受信した前記変換信号を、前記セクタ化カバレッジ区域内の受信局に対する送信のために、前記制御信号および前記少なくとも１つのトラフィック信号に変換するステップとから成ることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記無線通信システムは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）セルラ通信システムから成ることを更なる特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのトラフィック信号は、前記ＣＤＭＡセルラ通信システムとの互換性を維持するように処理された音声／データ信号であることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
無線通信システムにおいて順方向リンクセクタ化カバレッジ区域および逆方向リンクセクタ化カバレッジ区域に無線通信を行う装置であって、
前記順方向リンク及び逆方向リンクのセクタ化カバレッジ領域の各セクタに対して制御信号を発生する手段と、
前記制御信号および少なくとも１つのトラフィック信号の入力信号を、各々が前記制御信号および少なくとも１つのトラフィック信号の一部を備えている２つ以上の変換信号に変換する変換手段と、
前記変換信号を増幅する複数の増幅手段と、
前記複数の増幅手段から受信した前記変換信号を、前記順方向リンクおよび逆方向リンクの前記セクタ化カバレッジ区域内の受信局に送信するために、前記制御信号および前記少なくとも１つのトラフィック信号に変換する逆変換手段とからなり、
２つの前記順方向リンクセクタ化カバレッジ区域が前記逆方向リンクセクタ化カバレッジ区域と同一量の区域をカバーする、装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、一般的に通信システムに関し、更に特定すれば、無線通信システムにおいてセクタ化したカバレッジ区域(sectorized coverage area)で無線通信を行う装置および方法に関するものである。
発明の背景
現在、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）通信システムのような無線通信システムでは、第１図に示すような設計が行われている。第１図に、３つのセクタＳ１ないしＳ３から成る構成に対応するために用いられる従来技術の送信部１０１を示す。この送信部１０１（セクタＳ１について示す）は、増幅器１０４に結合されたラジオ・チャネル・ユニット１０２から成り、増幅器１０４はアンテナ１０５に結合されている。音声／データ信号１００は、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ：public switched telephone network）からラジオ・チャネル・ユニット１０２に転送される。ラジオ・チャネル・ユニット１０２は、当技術では既知にように、音声／データ信号１００を処理してＣＤＭＡ信号１０３を生成する。ＣＤＭＡ信号１０３は増幅器１０４に入力され、増幅器１０４はこのＣＤＭＡ信号１０３を増幅し、増幅したＣＤＭＡ信号を移動局（第１図に示されていない）に送信する。この送信部分１０１と同じものが、第１図に示すセクタＳ２，Ｓ３の各々にも設けられている。
第２図に、従来技術のセクタ化カバレッジ区域を示す。図からわかるように、送信部１０１をセクタＳ１ないしＳ３に組み込む基地局２００が設けられ、セクタＳ１ないしＳ３に対する順方向リンク（基地局２００から移動局に向かう）カバレッジを与える。同様に、基地局２００内には、受信機（図示せず）が設けられ、セクタＳ１ないしＳ３内の逆方向リンク（移動局から基地局２００に向かう）送信を受信する。この状況では、３つのセクタＳ１ないしＳ３が、各々専用の制御チャネルＣＣＨ1ないしＣＣＨ3を有する。ＣＤＭＡ通信システム、特に、ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５Ａ、Mobile Station-Base-station Compatibility Standard for Dual Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System, July 1993（2001 Pennsylvania Ave., Washington, D.C., 20006,のTelecommunication Industry Association(TIA)からこの文書は入手可能である）と互換性のある通信システムでは、制御チャネルは、パイロット／ページ／同期情報を含む信号の形態を取る。
第２図に見られるように、３台の移動局２０３ないし２０５がセクタＳ１の半分の領域に位置し、セクタＳ１の別の半分の領域に他の移動局２０８が位置している。ＣＤＭＡ通信システムは、干渉を制限(limit)するシステムである。即ち、セクタ内のユーザ容量が当該セクタ内で発生する全干渉によって制限されるので、移動局群はかなり分離されているにも拘わらず、基地局２００と移動局２０３ないし２０５および２０８との間の通信によって発生する全干渉が、セクタＳ１に対するユーザ容量に影響を与える。興味深いことに、移動局２０３ないし２０５および２０８による送信によって発生する干渉の量は、基地局２００による送信によって発生する干渉の量とは全く異なる。順方向リンクにおける干渉量は逆方向リンクにおけるそれとは異なるので、これに応じて順方向リンクの容量も逆方向リンクの容量とは異なる。この現象は、順方向／逆方向リンク容量不均衡(imbalance)として知られている。
順方向／逆方向リンク容量不均衡問題において制限を受けるリンクは、順方向リンクである。別の言い方をすれば、一般に、基地局２００内の電力増幅器からの使用可能な電力が多くなれば、逆方向リンクによって支持される移動局を増加させることができる（逆方向リンクにおける干渉を、通常「ノイズ・ライズ(noise rise)」と表現している）。しかしながら、電力増幅器における電力増大は、結果として、電力増幅器のコスト上昇，複雑性増加および保守の必要性増大を招く。したがって、セクタ化したカバレッジ区域に無線通信を提供し、順方向／逆方向リンク容量不均衡の影響を軽減する改良された装置および方法が必要とされている。
【図面の簡単な説明】
第１図は、無線通信に用いる従来技術の送信部のブロック図である。
第２図は、従来技術のセクタ化カバレッジ区域を概略的に示す。
第３図は、本発明を実施するために設計された基地局の送信機を、ブロック図形態で概略的に示す。
第４図は、第３図の送信機によってセクタ化カバレッジ区域に提供される無線通信を概略的に示す。
実施例の詳細な説明
概して言えば、送信機を利用して、セクタ化したカバレッジ区域に無線通信を提供する。この送信機は、ハイブリッド・マトリクスおよび逆ハイブリッド・マトリクスを組み込み、入力制御信号群およびトラフィック信号群を結合する。ハイブリッド・マトリクスは、制御信号群およびトラフィック信号群を出力信号群に変換する。各出力信号は、制御信号群およびトラフィック信号群の一部分を含む。ハイブリッド・マトリクスからの出力群を増幅器群によって増幅し、これら増幅器からの出力群を、逆ハイブリッド・マトリクスによって逆変換する。逆変換マトリクスは、ハイブリッド・マトリクスに最初に入力された制御信号群およびトラフィック信号群の部分を再結合し、その結果得られた信号群をセクタ・アンテナを用いてセクタ化カバレッジ区域内の移動局群に送信する。
具体的に述べると、無線通信システムにおいてセクタ化カバレッジ区域に無線通信を提供する装置は、セクタ化カバレッジ領域の各セクタに特定の制御信号を発生する手段、および制御信号群および少なくとも１つのトラフィック信号を入力として有し、これら制御信号群および少なくとも１つのトラフィック信号を、少なくとも第１および第２の変換信号に変換する変換手段を備えている。この装置は、第１および第２変換信号を増幅する複数の増幅手段、および複数の増幅手段から受信した第１および第２の変換信号を、セクタ化カバレッジ区域内の受信局に送信するために、制御信号群および少なくとも１つのトラフィック信号に変換する逆変換手段を更に備えている。
本発明の好適実施例では、無線通信システムは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）セルラ通信システムを含む。受信局は移動局または固定局のいずれとしてもよく、変換手段はフーリエ変換マトリクスまたはバトラ変換マトリクス(Butler Transform Matrix)のいずれとしてもよい。トラフィック信号は、ＣＤＭＡセルラ通信システムとの互換性を維持するように処理された音声／データ信号から成る。好適実施例では、複数の増幅手段の各々は、シングル・トーン広帯域線形電力増幅器(single-tone wideband linear power amplifier)から成る。また、好適実施例では、少なくとも１つの制御信号が、セクタ化カバレッジ区域の少なくとも２つのセクタに対する制御を行う。
また、本発明による装置は、セクタ化カバレッジ区域の各セクタに制御信号群を発生する手段、および複数のトラフィック信号およびルーティング信号を入力として有し、ルーティング信号に基づいてトラフィック信号群を適切なラジオ・チャネル・ユニット群に送出する信号ルーティング手段を用いて構成することも可能である。ラジオ・チャネル・ユニット群から出力された制御信号群およびトラフィック信号群を入力として有する変換手段が、制御信号群およびトラフィック信号群を少なくとも第１および第２の変換信号に変換し、一方複数の増幅手段が第１および第２の増幅信号を増幅する。逆変換手段が、複数の増幅手段から受信した第１および第２変換信号を、セクタ化カバレッジ区域内の受信局群に送信するために、制御信号群およびトラフィック信号群に変換する。
この実施例では、受信局群も移動局または固定局とすることができ、ルーティング信号は、移動局または固定局に宛てたトラフィック信号を送出すべきセクタに関する情報を含む。受信局が移動局である場合、この移動局に宛てたトラフィック信号を送出すべきセクタ関する情報は、この移動局の位置推定から導出する。受信局が固定局である場合、この固定局に宛てたトラフィック信号を送出すべきセクタに関する情報は、固定局の位置の先験的知識から導出する。
第３図は、本発明による、セクタ化カバレッジ区域に無線通信を提供する、改良された装置のブロック図である。第３図に示すように，本好適実施例ではハイブリッド・マトリクス３０３および逆ハイブリッド・マトリクス３０６を備える。ハイブリッド・マトリクスに関する詳細な情報について、本発明の譲受人に譲渡された、Davidsonの米国特許番号第４，２１３，１３２号があり、この内容は、本願でも使用可能である。
第３図を参照すると、第１図の無線チャネル・ユニット群１０２は、８ｘ８ハイブリッド・マトリクス３０３に入力する出力群を有する。好適実施例では、ハイブリッド・マトリクス３０３および逆ハイブリッド・マトリクス３０６は、フーリエ変換型のものである。バトラ(Butler)・マトリクスのような他の形式のハイブリッド・マトリクスを用いても有効である場合もあることを、当業者は認めよう。第３図に示す構成では、８ｘ８フーリエ変換マトリクスを用いて、３つのセクタＳ１ないしＳ３に無線通信を提供する。セクタＳ１ないしＳ３は各々、２つのサブ・セクタＡ／Ｂに更に再分割されている。結果的に形成されたセクタは、Ｓ１A，Ｓ１B，Ｓ２A，Ｓ２B，Ｓ３A，Ｓ３Bであり、これらを第４図に示す。マトリクス３０３および逆マトリクス３０６の使用されるポートは６つのみであるので、マトリクス３０３および逆マトリクス３０６の未使用のポートは、負荷３０９によって終端させておく。
第３図には、制御チャネルＣＣＨ1ないしＣＣＨ3（３１５）をそれぞれ発生する手段を与える、制御チャネル（ＣＣＨ：control channel）発生器３１２ないし３１４も示されている。図示の目的のために、論理的にそれらの対応するＲＣＵ１０２とは別個に示すが、ＣＣＨ発生器３１２ないし３１４の各々は、実際には、対応するＲＣＵ１０２内に位置する。ＣＣＨ発生器３１２ないし３１４は、必要とされる制御チャネル情報を、対応するセクタ（例えば、ＣＣＨ1はセクタＳ１に対応する等）に対するパイロット／ページ／同期情報を含む信号の形態で発生する。このパイロット／ページ／同期情報は、当該セクタ内における無線通信，他のセクタ／セルへのハンドオフ等を確立／維持するために、当該セクタ内の移動局群によって用いられる。
第３図に示すように、ハイブリッド・マトリクス３０３は、入力として、３つのセクタＳ１ないしＳ３における移動局群に宛てた制御信号群３１５およびトラフィック信号群３１６を有する。好適実施例では、トラフィック信号群３１６は、上述のTIA/EIA/IS95Aに規定されたエアー・インターフェース(air-interface)と互換性のあるＣＤＭＡ信号である。ハイブリッド・マトリクス３０３は、制御信号群３１５およびトラフィック信号群３１６を出力信号群に変換する。各出力信号は、制御信号群３１５およびトラフィック信号群３１６の一部分を含む。ハイブリッド・マトリクス３０３の出力群は、増幅器群３１９によって増幅される。好適実施例では、増幅器群３１９はシングル・トーン広帯域線形電力増幅器であるが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、マルチ・トーン広帯域線形電力増幅器も有効に実施可能であることを、当業者は認めよう。
増幅器群３１９からの出力群は、次に、逆ハイブリッド・マトリクス３０６によって逆変換される。逆変換マトリクスは、最初にハイブリッド・マトリクス３０３に入力された制御信号群３１５およびトラフィック信号群３１６の部分を再結合する。得られた信号は、それらの対応するセクタＳ１A，Ｓ１B，Ｓ２A，Ｓ２B，Ｓ３A，Ｓ３Bに、セクタ・アンテナ３２０を用いて送信される。
第４図に見られるように、そして第３図に記載した特定実施例を参照すると、２つの送信セクタＳ１A，Ｓ１Bは、逆方向リンク・セクタＳ１とほぼ同一量の区域をカバーする。別の言い方をすると、この実施例では、順方向リンクは６セクタ構成であるのに対して、逆方向リンクは３セクタ構成である。図４に示すように、この実施例では、移動局２０３ないし２０５によって送信セクタＳ１Bに及ぼされる干渉の量は無視できる。何故なら、移動局２０３ないし２０５に対する順方向リンク通信は、セクタＳ１Bでは送信されないからである。これを実現するためには、まず移動局２０３ないし２０５および２０８の位置推定を行わなければならない。
移動局２０３ないし２０５および２０８の位置推定に対する必要性が生じたのは、逆方向リンクが３セクタ構成のままであるのに対して、順方向セクタは６（またはＮ）セクタ構成であるという事実によるものである。基地局４００において位置推定を行わずに、移動局２０３ないし２０５および２０８の内の１台が基地局４００に通信を開始した場合、基地局４００が導出することのできる位置推定は、最良の場合でも、移動局２０３ないし２０５および２０８がＳ１によって規定されるセクタ（２つの順方向リンク・セクタＳ１A，Ｓ１Bを含む）内にあるという程度である。したがって、その移動局２０３ないし２０５および２０８との通信を確立するためには、基地局は、順方向リンク・セクタＳ１A，Ｓ１Bに対応する各セクタ・アンテナ３２０上で、移動局２０３ないし２０５および２０８の各々に対する順方向リンク通信を送信しなければならない。その結果、セクタＳ１Aに対する順方向リンク通信は、移動局２０８に対する順方向リンク通信を不必要に含み、セクタＳ１Bに対する順方向リンク通信は、移動局２０３ないし２０５に対する順方向リンク通信を不必要に含むことになる。
移動局２０３ないし２０５および２０８の位置推定を得るために、移動局２０３ないし２０５および２０８内に位置する全地球測位システム（ＧＰＳ：global positioning system）受信機を実装する。移動局２０３ないし２０５および２０８内に位置するＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星によって送信される位置情報を監視し、その位置を基地局４００に報告する。しかしながら、ＧＰＳは、ビルディング，地下駐車構造などでは、その有効性が限定される。ＧＰＳの限界を克服するために、Ghosh et al.の米国特許番号第５，５０８，７０９に開示された位置検出方法を、同様に採用することができる。尚、この特許は、本願の譲受人に譲渡され、本願においても使用可能である。２つの既知の技術を組み合われば、その組み合わせを更に別の実施例において採用可能であることを当業者は認めよう。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、更に別の位置推定方法も有効に実施可能である。
現在適所にある移動局２０３ないし２０５および２０８の位置推定により、基地局受信機（図示せず）は、ルーティング信号３０７を信号ルータ(signal router)３０８に送出する。ルーティング信号３０７は、移動局２０３ないし２０５または移動局２０８のいずれかに宛てた着信信号の経路を、それぞれ順方向リンク・セクタＳ１A，Ｓ１Bにサービスする適切なラジオ・チャネル・ユニット１０２までどのように決定するかについて、信号ルータ３０８に指令する情報を含む。このようにして、セクタＳ１A内の移動局２０３ないし２０５およびセクタＳ１B内の移動局２０８に宛てた音声／データ信号１００は、そのラジオ・チャネル・ユニット１０２までの経路が適切に決定される。その結果、移動局２０３ないし２０５に対する順方向リンク通信は、順方向リンク・セクタＳ１Bにサービスするセクタ・アンテナ３２０を通じてのみ送信され、移動局２０８に対する順方向リンク通信は、順方向リンク・セクタＳ１Bにサービスするセクタ・アンテナ３２０を通じてのみ送信される。このように、不要な干渉は、順方向リンク・セクタＳ１AまたはＳ１Bのいずれにも生じない。干渉の量はセクタ毎に減少するので、順方向リンク容量が増大し、逆方向リンク容量のそれと一致する。このように、順方向／逆方向リンク容量および均衡の問題は、本発明によって軽減される。
第３図に示す実施形態は、他の利点も提供する。まず、ハイブリッド・マトリクス３０３および逆ハイブリッド・マトリクス３０６を実施することによって、いずれか１つのセクタＳ１A，Ｓ１B，Ｓ２A，Ｓ２B，Ｓ３A，Ｓ３Bの１つのチェーンのいずれにおいても、構成物に対する破壊的な障害が避けられる。何故なら、ハイブリッド・マトリクス３０３および逆ハイブリッド・マトリクス３０６は、セクタ・アンテナ３２０に等しい電力を分配するからである。また、第２図および第４図を参照すると、移動局２０３ないし２０５および移動局２０８は別個のサブ・セクタにおいて基地局３００と通信するので、上述の干渉効果は全くなくなる。即ち、移動局２０３ないし２０５はサブ・セクタＳ１Aｗ／ＣＣＨ1内で通信を行い、一方移動局２０８はサブ・セクタＳ１Bｗ／ＣＣＨ1上で通信を行う。更に、第３図の構成は、６セクタ送信の実施形態に比較して、半分のＣＣＨ発生器３１２ないし３１４があれば済む。
注記すべき重要なことは、第３図および第４図の構成は、無線ローカル・ループ(wireless local loop)の用途にも利用可能であるということである。無線ローカル・ループの用途では、移動局２０３ないし２０５および２０８は移動せず、実際には、固定ビルディング（家屋，アパート集合住宅(apartment complex)等）に接続された固定局である。かかる固定局の位置は、それらに宛てられるトラフィック信号３１６の送信に先だってわかっているので、基地局４００は、固定局の既知の位置を適切な順方向リンク・セクタに対応付けるリストを含む。固定局が、適切な順方向リンク・セクタに対応するカバレッジ区域に追加される毎に、このリストはそれに応じて更新される。
当業者は認めようが、第３図の多くの異なる変様を有効に実施し、本発明にしたがってセクタ化カバレッジ区域に無線通信を提供することも可能である。例えば、６セクタ動作に８ｘ８ハイブリッド・マトリクス３０３および逆ハイブリッド・マトリクス３０６を用いる代わりに、１２または１６セクタ順方向リンク動作に１６ｘ１６ハイブリッド・マトリクスを実施することも可能である。実際、あらゆるＮｘＮハイブリッド・マトリクスを有効に用いて、本発明によるＮ−セクタ（またはそれ以下）の無線通信を実施することが可能である。
以上、特定実施例を参照しながら本発明を特定的に示しかつ説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その形態および詳細において様々な変更が可能であることは、当業者には理解されよう。以下の請求の範囲における全ての手段または段階および機能要素(step plus function elements)の対応する構造，材料，動作および均等物は、特定的に特許請求された他の特許請求対象要素との組み合わせでかかる機能を実行するあらゆる構造，材料，または動作を含むことを意図するものである。
【図１】
0003732523.tif 000002
【図２】
0003732523.tif 000003
【図３】
0003732523.tif 000004
【図４】
0003732523.tif 000005