JP2000509944A - 方向性無線通信方法及び装置 - Google Patents

方向性無線通信方法及び装置

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JP2000509944A JP10535253A JP53525398A JP2000509944A JP 2000509944 A JP2000509944 A JP 2000509944A JP 10535253 A JP10535253 A JP 10535253A JP 53525398 A JP53525398 A JP 53525398A JP 2000509944 A JP2000509944 A JP 2000509944A
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Abstract

(57)【要約】 移動通信ネットワークにおいて第1ステーション4と第2移動ステーションMSとの間で方向性無線通信を行う方法は、次の段階を含む。第2ステーションMSにより送信された通信データは、第1ステーション4で受信される。この通信データは、複数の信号経路の1つ以上を経て進むことができ、そして複数の異なるビーム方向の1つ以上から信号のセットとして受信される。上記信号のうちの第1信号が第1ステーションにより受信されるところのビーム方向に対応する第1ビーム方向であって上記信号経路のうちの最も短い経路を表す第1ビーム方向と、最も大きな信号強度を有する上記信号の1つが受信されるところのビーム方向に対応する第2ビーム方向とが決定される。上記第1及び第2のビーム方向が異なる場合に、通信データは、上記第1及び第2の両ビーム方向に上記第1ステーションから上記第2ステーションへ送信される。

Description

【発明の詳細な説明】 方向性無線通信方法及び装置発明の分野 本発明は、第1ステーションと第2ステーションとの間の信号をある方向のみ に送信する方向性無線通信方法及び装置に係る。より詳細には、本発明は、スペ ース分割多重アクセスを用いたセルラー通信システムに適用できるが、これに限 定されるものではない。先行技術の説明 現在実施されているセルラー通信ネットワークでは、ベーストランシーバステ ーション(BTS)が設けられ、これは、移動電話である所与の移動ステーショ ン(MS)に意図された信号を、そのベーストランシーバステーションによりサ ービスされるセル又はセルセクタ全体にわたって送信する。しかしながら、現在 では、スペース分割多重アクセス(SDMA)システムが提案されている。スペ ース分割多重アクセスシステムでは、ベーストランシーバステーションは、所与 の移動ステーションに意図された信号をセル又はセルセクタ全体にわたって送信 せず、移動ステーションからの信号が受信されるビーム方向にのみ信号を送信す る。又、SDMAシステムは、移動ステーションからの信号が受信される方向を ベーストランシーバステーションが決定できるようにする。 SDMAシステムは、既存のシステムに勝る多数の効果を達成することができ る。特に、BTSによって送信されるビームは、特定の方向にしか送信できず、 従って、比較的狭帯域であるから、トランシーバの電力は、その狭帯域ビームに 集中させることができる。これは、ベーストランシーバステーションから送信さ れる信号及びベーストランシーバステーションにより受信される信号の両方につ いて優れた信号対雑音比を生じると考えられる。更に、ベーストランシーバステ ーションの方向性の結果として、ベーストランシーバステーションにより受信さ れる信号の信号対干渉比の改善も達成できる。更に、送信方向において、BTS の方向性により、エネルギーを狭いビームに集中することができ、従って、BT Sへ送信される信号は、従来のBTSで要求されたものよりも低い電力レベルで 遠く離れた位置にある移動ステーションに到達することができる。これは、移動 ステーションがベーストランシーバステーションから大きく離れた距離でも首尾 よく動作できるようにし、これは、セルラーネットワークの各セル又はセクタの サイズを増加できることを意味する。大きなセルサイズの結果として、必要とさ れるベースステーションの数を減少し、ネットワークのコストを下げることがで きる。SDMAシステムは、一般に、信号を送信及び受信できる必要な複数の異 なるビーム方向を達成するために多数のアンテナ素子を必要とする。複数のアン テナ要素を設けることにより、受信信号に対するBTSの感度が高くなる。これ は、大きなセルサイズが移動ステーションからBTSによる信号の受信に悪影響 を及ぼさないようにすることを意味する。 又、SDMAシステムは、システムの容量を増加することもでき、即ちシステ ムによって同時にサポートできる移動ステーションの数が増加される。これは、 同じ周波数を使用する他のセルにおいて移動ステーションからの干渉をBTSが あまりピックアップしないことを意味する通信の方向性によるものである。BT Sは、関連セルの所与のMSと通信するときに同じ周波数を使用する他のセルの 他の移動ステーションへあまり干渉を発生しない。 結局、SDMAシステムは、同じ周波数を同時に使用して、同じセル内の異な る位置に配置された2つ以上の異なる移動ステーションへ送信を行えるようにす る。これは、セルラーネットワークにより搬送できるトラフィックの量に著しい 増加をもたらす。 SDMAシステムは、アナログ及びデジタルセルラーネットワークにおいて実 施することができ、そしてGSM、DCS1800、TACS、AMPS及びN MTのような種々の既存の規格で組み込まれる。又、SDMAシステムは、時分 割多重アクセス(TDMA)、コード分割多重アクセス(CDMA)及び周波数分 割多重アクセス(FDMA)技術のような他の既存の多重アクセス技術に関連し て使用することもできる。 SDMAシステムに伴う1つの問題は、信号が移動ステーションへ送信される べき方向を決定しなければならないことである。ある環境においては、比較的細 いビームを使用して、ベーストランシーバ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。それ故、その移動ステーションの方向は、適度な正確さで アクセスする必要がある。よく知られているように、移動ステーションからの信 号は、一般に、多数の経路を経てBTSに至る。これら複数の経路は、一般的に 、多経路と称される。従って、移動ステーションにより送信された所与の信号は 、これらの多経路作用により2つ以上の方向からベーストランシーバステーショ ンにより受信される。 付加的な問題は、BTSにより移動ステーションへ信号を送信すべき方向が、 移動ステーションからBTSにより受信されるアップリンク信号に基づいて決定 されることである。しかしながら、移動ステーションからBTSへ送信されるダ ウンリンク信号の周波数は、BTSにより移動ステーションへ送信される信号に 使用される周波数とは異なる。アップリンク及びダウンリンク信号に使用される 周波数の相違は、アップリンク方向のチャンネルの振る舞いがダウンリンク方向 のチャンネルの振る舞いとは異なることを意味する。従って、アップリンク信号 に対して決定された最適な方向が、常に、ダウンリンク信号の最適な方向とはな らない。 それ故、本発明の実施形態の目的は、これらの問題に対処することである。発明の要旨 本発明の第1の特徴によれば、移動通信ネットワークにおいて第1ステーショ ンと第2移動ステーションとの間で方向性無線通信を行う方法であって、上記第 2ステーションにより送信された通信データを第1ステーションで受信し、この 通信データは、複数の信号経路の1つ以上を経て進むことができ、そして複数の 異なるビーム方向の1つ以上から信号のセットとして受信され;更に、上記信号 のうちの第1信号が上記第1ステーションにより受信されるところのビーム方向 に対応する第1ビーム方向であって上記信号経路のうちの最も短い経路を表す第 1ビーム方向と、最も大きな信号強度を有する上記信号の1つが受信されるとこ ろのビーム方向に対応する第2ビーム方向とを決定し;そして上記第1及び第2 のビーム方向が異なる場合に、上記第1及び第2の両ビーム方向に上記第1ステ ーションから上記第2ステーションへ通信データを送信するという段階を備えた 方法が提供される。 第1及び第2の両ビーム方向に通信データを送信することにより、第1ステ ーションからの信号が第2ステーションに到達する確率が高くなる。好ましくは 、この方法は、放射ビームを送信するための複数のビーム方向を第1ステーショ ンにおいて定義する段階を備え、各ビーム方向は個々に選択可能である。 上記決定段階において、第1及び第2のビーム方向の少なくとも1つは、各チ ャンネルインパルス応答から決定される。このチャンネルインパルス応答は、上 記信号セットの各々について決定される。決定されたチャンネルインパルス応答 は、次いで、上記第1及び第2のビーム方向の少なくとも1つを決定するように 比較される。 チャンネルインパルス応答は、第1ステーションで受信された各信号における 通信データの既知の部分をその既知の部分の基準バージョンと相関させることに より決定される。 この方法は、第1ステーションと第2ステーションとの間の距離を表す距離パ ラメータを監視する段階を含み、第1ステーションと第2ステーションとの間の 距離が所定値より小さい場合には、第2ステーションへ送信される通信データが 第1ステーションから多数のビーム方向を経て第2ステーションへ送信される。 好ましくは、第1ステーションと第2ステーションとの間の距離が所定値より 小さい場合には、通信データが比較的低い電力レベルで第2ステーションへ送信 され、そしてその距離が所定値より大きい場合には、通信データが高い電力レベ ルで送信される。従って、本発明の実施形態では、第1ステーションと第2ステ ーションとの間の距離が臨界距離より大きい場合には、通信データは、比較的少 数のビームを用いて比較的高い電力で第1及び第2のビーム方向に送信される。 他方、第1ステーションと第2ステーションとの間の距離が所定距離より小さい 場合には、通信データは、広い角度的分散を達成するために第1ステーションか ら第2ステーションへ多数のビーム方向に送信される。これら後者の状況におい ては、多数のビーム方向を経て送信される通信データの電力レベルが比較的低く なる。低い電力を使用することにより同一チャンネル干渉の危険性が低減される ことが明らかである。 本発明の第2の特徴によれば、通信ネットワークにおいて第1ステーション と第2ステーションとの間で方向性無線通信を行う方法であって、上記第2ステ ーションにより送信された第1信号を第1ステーションで受信し、この第1信号 は、1つ以上の異なるビーム方向から受け取られ;更に、上記第1信号が上記第 1ステーションにより最初に受信されるところのビーム方向に対応する第1ビー ム方向と、最も大きな信号強度を有する第1信号が受信されるところのビーム方 向に対応する第2ビーム方向とを決定し;そして上記第1及び第2のビーム方向 において上記第1ステーションから第2ステーションへ信号を送信するという段 階を備えた方法が提供される。 本発明の第3の特徴によれば、移動通信ネットワークにおいて第2移動ステー ションと方向性無線通信を行う第1ステーションであって、上記第2ステーショ ンにより送信された通信データを受信するための受信手段を備え、この通信デー タは、複数の信号経路の1つ以上を経て進むことができ、そして複数の異なるビ ーム方向の1つ以上から信号のセットとして受信され;更に、上記信号のうちの 第1信号が上記第1ステーションにより受信されるところのビーム方向に対応す る第1ビーム方向であって上記信号経路のうちの最も短い経路を表す第1ビーム 方向と、最も大きな信号強度を有する上記信号の1つが受信されるところのビー ム方向に対応する第2ビーム方向とを決定するための決定手段と;通信データを 上記第2ステーションへ送信するための送信手段と;通信データが送信される方 向を制御するためのコントロール手段とを備え;上記第1及び第2のビーム方向 は異なり、そして上記送信手段は、通信データを第1及び第2のビーム方向に送 信するように上記コントロール手段により制御される第1ステーションが提供さ れる。 上記送信手段は、放射ビームを送信するための複数のビーム方向を与えるよう に構成されるのが好ましく、各ビーム方向は個々に選択可能である。 上記送信手段は、複数の異なる方向に複数のビームを与えるように構成された アンテナアレーを備えている。このアンテナアレーは、フェーズドアレーでもよ いし、或いは個々の方向性アンテナ素子のアレーでもよい。同じアンテナアレー を信号の受信に使用することもできる。しかしながら、受信手段は、個別のアン テナアレーを含むことが明らかである。 本発明の実施形態は、特に、第1ステーションがベースステーションであるセ ルラー通信ネットワークに適用できることが明らかであろう。しかしながら、本 発明の実施形態は、他の方向性無線通信システムにも適用できることを理解され たい。図面の簡単な説明 本発明及びこれをいかに実施するか良く理解するために、添付図面を参照して 以下に詳細に説明する。 図1は、ベーストランシーバステーション(BTS)及びそれに関連したセル セクタの概略図である。 図2は、ベーストランシーバステーションのアンテナアレーを簡単に示す図で ある。 図3は、図2のアンテナアレーにより形成されるビームパターンである。 図4は、図2のデジタル信号プロセッサの回路図である。 図5は、8つのチャンネルのうちの4つのチャンネルのチャンネルインパルス 応答を示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明 セルラー移動電話ネットワークのセルを定義する3つのセルセクタ2が示され た図1について最初に説明する。3つのセルセクタ2は、各ベーストランシーバ ステーション(BTS)4によりサービスされる。3つの別々のベーストランシ ーバステーションが同じ位置に設けられる。各BTS4は、3つのセルセクタ2 の各々に対して信号を送信及び受信する個別のトランシーバを有する。従って、 各セルセクタ2に対して1つの専用のベーストランシーバステーションが設けら れる。従って、各BTS4は、各セルセクタ2に位置する移動電話のような移動 ステーション(MS)と通信することができる。 本発明の実施形態は、GSM(移動通信用のグローバルシステム)について説 明する。GSMシステムでは、周波数/時分割多重アクセスF/TDMAシステ ムが使用される。データは、BTS4とMSとの間にバーストとして送信される 。このデータバーストは、既知のデータシーケンスであるトレーニングシーケン スを含む。トレーニングシーケンスの目的は、以下に説明する。各データバース ト は、所与の周波数帯域において、その周波数帯域の所定のタイムスロットに送信 される。方向性アンテナアレーの使用により、スペース分割多重アクセスも行う ことができる。従って、本発明の実施形態では、各データバーストは、所与の周 波数帯域、所与のタイムスロット及び所与の方向に送信される。所与の周波数、 所与のタイムスロット及び所与の方向に送信される所与のデータバーストに対し て関連チャンネルを定義することができる。以下に詳細に述べるように、本発明 のある実施形態では、同じデータバーストが同じ周波数帯域、同じタイムスロッ トで送信されるが、2つの異なる方向に送信される。 図2は、トランシーバとして働く1つのBTS4の1つのアンテナアレー6を 示す概略図である。図2に示すアレー6は、図1に示された3つのセルセクタ2 の1つだけにサービスすることを理解されたい。他の2つのセルセクタ2にサー ビスするために別の2つのアンテナアレー6が設けられる。アンテナアレー6は 、8つのアンテナ素子a1……a8を有する。これらの素子a1……a8は、その各 アンテナ素子間に半波長の間隔を有するように構成され、そして直線状の水平行 に配置される。各アンテナ素子a1……a8は、信号を送信及び受信するように構 成され、そして適当な構造をもつことができる。各アンテナ素子a1……a8は、 ダイポールアンテナ、パッチアンテナ又は他の適当なアンテナである。8つのア ンテナ素子a1……a8があいまって、フェーズドアレーアンテナ6を形成する。 良く知られたように、フェーズドアレーアンテナ6の各アンテナ素子a1…… a8には、移動ステーションMSに送信されるべき同じ信号が供給される。しか しながら、各アンテナ素子a1……a8に供給される信号の位相は、互いにシフト される。各アンテナ素子a1……a8に供給される信号間の位相関係の差が方向性 放射パターンを生じる。従って、BTS4からの信号は、アレー6に関連したセ ルセクタ2においてある方向にのみ送信される。アレー6により得られる方向性 放射パターンは、各アンテナ素子a1……a8により送信された互いに位相シフト された信号間に生じる構造的及び破壊的干渉の結果である。この点について、ア ンテナアレー6で得られる方向性放射パターンを示す図3について説明する。ア ンテナアレー6は、図3に示す8つの方向の1つにビームb1……b8 を形成するように制御できる。例えば、アンテナアレー6は、ビームb5の方向 のみ又はビームb6の方向のみに信号をMSへ送信するように制御することがで きる。以下に詳細に説明するように、同時に2つ以上のビーム方向に信号を送信 するようにアンテナアレー6を制御することもできる。例えば、ビームb5及び ビームb6により定められた2つの方向に信号を送信することができる。図3は 、アンテナアレー6で達成できる8つの考えられるビーム方向を概略的に示した ものに過ぎない。しかしながら、実際には、全てのセルセクタ2がアンテナアレ ー6によりサービスされるよう確保するために隣接ビーム間に重畳が存在する。 各アンテナ素子a1……a8に与えられる信号の相対的な位相は、信号を所望の ビーム方向(1つ又は複数)に送信できるようにバトラーマトリクス回路8によ り制御される。従って、バトラーマトリクス回路8は、位相シフト機能を与える 。バトラーマトリクス回路8は、BTS4からの8つの入力10a−hと、各ア ンテナ素子a1……a8へ1つづつの8つの出力とを有する。各入力10a−hによ り受け取られる信号は、送信されるべきデータバーストを含む。8つの入力10a −hの各々は、所与のデータバーストを送信することのできるビーム方向を表す 。例えば、バトラーマトリクス回路8が第1入力10aに信号を受け取るときには 、バトラーマトリクス回路8は、入力10aに与えられた信号を、ビームb1を形 成するのに必要な位相差でアンテナ素子a1……a8の各々に付与し、ビームb1 の方向にデータバーストが送信されるようにする。同様に、入力10bに与えられ る信号は、ビームb2の方向にビームを形成し、等々となる。 既に述べたように、アンテナアレー6のアンテナ素子a1……a8は、MSから 信号を受信すると共に、MSへ信号を送信する。MSにより送信された信号は、 一般に、8つのアンテナ素子a1……a8の各々により受信される。しかしながら 、各アンテナ素子a1……a8により受信される各信号間には位相差がある。それ 故、バトラーマトリクス回路8は、各アンテナ素子a1……a8により受信された 信号の相対的な位相から、信号が受信されたところのビーム方向を決定すること ができる。従って、バトラーマトリクス回路8は、各アンテナ素子a1……a8に より受信された信号に対し、各アンテナ素子から1つづつ、8つの入力 を有する。又、バトラーマトリクス回路8は、8つの出力14a−hも有する。 これら出力14a−14hの各々は、所与のデータバーストを受信できるところの特 定のビーム方向に対応する。例えば、アンテナアレー6がビームb1の方向から MSからの信号を受信するときには、バトラーマトリクス回路8は、出力14aに その受信信号を出力する。ビームb2の方向から受信した信号は、バトラーマト リクス回路8から出力14bに受信信号を出力させ、等々となる。要約すれば、バ トラーマトリクス回路8は、互いに位相シフトされた同じ信号の8つのバージョ ンをアンテナ素子a1……a8に受け取る。相対的な位相シフトから、バトラーマ トリクス回路8は、受信信号が受け取られたところの方向を決定し、そしてその 信号が受け取られたところの方向に基づいて所与の出力14a−hに信号を出力す る。 ある環境においては、反射が比較的広い角度に分散するとすれば、MSからの 単一の信号又はデータバーストは、それがMSとBTS4との間を進行する間に 、信号の反射により2つ以上のビーム方向から到来するように見える。バトラー マトリクス回路8は、所与の信号又はデータバーストが到来すると思われる各ビ ーム方向に対応する各出力14a−hに信号を発生する。従って、バトラーマト リクス回路8の2つ以上の出力14a−hに同じデータバーストが与えられる。し かしながら、各出力14a−hの信号は、互いに時間遅延することがある。 バトラーマトリクス回路8の各出力14a−hは、受信信号を増幅する各増幅器 16の入力に接続される。バトラーマトリクス回路8の各出力14a−hに対して1 つの増幅器16が設けられる。増幅された信号は、次いで、各プロセッサ18により 処理され、このプロセッサは、増幅された信号を操作して受信信号の周波数を基 本帯域周波数へと下げ、信号をBTS4で処理できるようにする。これを達成す るために、プロセッサ18は、入力信号から搬送波周波数成分を除去する。この場 合も、バトラーマトリクス回路8の各出力14a−hに対して1つのプロセッサ18 が設けられる。アナログ形態である受信信号は、次いで、アナログ/デジタルコ ンバータ(A/D)20によりデジタル信号に変換される。バトラーマトリクス回 路8の各出力14a−hに対して1つづつ、8個のA/Dコンバータ20が設けられ る。デジタル信号は、次いで、各入力19a−hを経てデ ジタル信号プロセッサ21へ入力され、更に処理される。 このデジタル信号プロセッサ21は、8つの出力22a−hを有し、その各々は、 所与のMSへ送信されるべき信号を表すデジタル信号を出力する。選択された出 力22a−hは、信号を送信すべきビーム方向を表す。このデジタル信号は、デジ タル/アナログ(D/A)コンバータ23によりアナログ信号に変換される。デジ タル信号プロセッサ21の各出力22a−hに対して1つのデジタル/アナログコン バータ23が設けられる。次いで、アナログ信号は、送信されるべきアナログ信号 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。プロセ ッサ24により信号を処理する前に、信号は基本帯域周波数にある。得られた信号 は、次いで、増幅器26により増幅され、そしてバトラーマトリクス回路8の各入 力10a−hへ通される。デジタル信号プロセッサ21の各出力22a−hに対してプ ロセッサ24及び増幅器26が設けられる。 デジタル信号プロセッサ21を概略的に示す図4について説明する。図4に示す 種々のブロックは、本発明による実際のデジタル信号プロセッサ21の個別の素子 に必ずしも対応しないことが明らかである。特に、図4に示す種々のブロックは 、デジタル信号プロセッサ21により行われる種々の機能に対応する。本発明の1 つの実施形態において、デジタル信号プロセッサ21は、集積回路において少なく とも部分的に実施され、そして多数の機能を同じ素子により実行することができ る。 デジタル信号プロセッサ21により各入力19a−hに受け取られた各信号は、各 チャンネルインパルス応答(CIR)推定ブロック30へ入力される。CIR推 定ブロック30は、受信信号を一時的に記憶するメモリ容量を含むと共に、推定さ れたチャンネルインパルス応答を記憶するためのメモリ容量も含む。チャンネル インパルス応答推定ブロック30は、各入力19a−hのチャンネルのチャンネルイ ンパルス応答を計算するように構成される。既に述べたように、選択された周波 数帯域、割り当てられたタイムスロット、及び信号が受信されるところのビーム 方向に送信される所与のデータバーストに対して関連チャンネルを定義すること ができる。信号が受信されるところのビーム方向は、バトラーマトリクス回路8 により確認され、デジタル信号プロセッサの入力19aに受け取られる信 号は、主として、ビームビームb1から受け取られた信号を表し、等々となる。 又、所与の入力に受け取られる信号は、例えば、隣接入力に受け取られる信号の サイドローブも含むことを理解されたい。 移動ステーションMSからBTS4に送信される各データバーストは、トレー ニングシーケンスTSを含む。しかしながら、BTS4により受信されるトレー ニングシーケンスTSRXは、ノイズ及び多経路作用によって影響を受け、多経路 作用は、トレーニングシーケンスの隣接ビット間に干渉を招く。この干渉は記号 間干渉として知られている。又、TSRXは、他の移動ステーション、例えば同一 チャンネル干渉を招くことのある同じ周波数を用いた他のセル又はセルセクタに 位置する移動ステーションからの干渉によっても影響される。明らかなように、 MSからの所与の信号は、2つ以上の経路をたどってBTSに到達し、所与の信 号の2つ以上のバージョンが所与の方向からアンテナアレー6により検出される 。入力19aから受け取られたトレーニングシーケンスTSRXは、CIR推定ブロ ック30により、データ記憶装置32に記憶された基準トレーニングシーケンスTSREF とクロス相関される。この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と同じである。実際に 、受け取られた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、データ記憶装置32に ビットシーケンスとして記憶される。従って、クロス相関を行う前に、記憶され た基準トレーニングシーケンスが同様に変調される。換言すれば、BTS4によ り受け取られた歪んだトレーニングシーケンスは、トレーニングシーケンスの歪 みのな入バージョンと相関される。本発明の別の実施形態では、基準トレーニン グシーケンスは、基準トレーニングシーケンスとの相関の前に復調される。この 場合にも、基準トレーニングシーケンスは、受け取ったトレーニングシーケンス と同じ形態を有する。換言すれば、基準トレーニングシーケンスは、変調されな い。 基準トレーニングシーケンスTSREF及び受け取ったトレーニングシーケンス TSRXは、各々、データのLビットに対応する長さLであり、例えば、26ビット である。割り当てられたタイムスロット内に受け取られたトレーニングシーケ ンスTSRXの正確な位置は、明確にわからない。これは、BTS4から移動ステ ーションMSまでの距離が、割り当てられたタイムスロット内にMSにより送ら れるデータバーストの位置に影響するからである。例えば、移動ステーションM SがBTS4から比較的遠い場合には、トレーニングシーケンスは、割り当てら れたタイムスロットにおいて、移動ステーションMSがBTS4に接近する状態 に比して、後で生じる。 割り当てられたタイムスロット内における受け取られたトレーニングシーケン スTSRXの位置の不確実性を考慮するために、受け取られた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回相関される。通常、n は7又は9である。nは奇数であるのが好ましい。nの相関は、通常、得られる 最大相関の各側にある。基準トレーニングシーケンスTSREFに対する受け取ら れたトレーニングシーケンスTSRXの相対的な位置は、各次々の相関の間で1つ の位置だけシフトされる。各位置は、トレーニングシーケンスにおいて1つのビ ットに等しく、そして1つの遅延セグメントを表す。受け取られたトレーニング シーケンスTSRXと基準トレーニングシーケンスTSREFとの各単一の相関は、 その相関に対するチャンネルインパルス応答を表すタップを生じる。n個の別々 の相関は、n個の値を有するタップシーケンスを生じる。 8つの空間方向に対応する8つの考えられるチャンネルの4つに対するチャン ネルインパルス応答を示す図5を説明する。換言すれば、図5は、移動ステーシ ョンからの8つのビーム方向の4つにおいて受け取られた所与のデータバースト に対応する4つのチャンネルに対するチャンネルインパルス応答を示し、データ バーストは所与の周波数帯域及び所与のタイムスロットにある。各グラフのx軸 は時間遅延の尺度であり、一方、y軸は相対的電力の尺度である。グラフに表示 された線(又はタップ)の各々は、所与の相関遅延に対応する多経路受信信号を 表す。各グラフは、n本の線又はタップを有し、1つのタップは各相関に対応す る。 推定されたチャン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を決定することができる。最も大きなタップ値 は、受け取られたトレーニングシーケンスTSRXと基準トレーニングシーケン スTSREFとの間の最良の相関が達せられるときに得られる。 又、CIR推定ブロック30は、各チャンネルに対し、最大エネルギーを与える 5つ(又は他の適当な数)の連続タップを決定する。所与のチャンネルの最大エ ネルギーは、次のように計算される。 但し、hは、受け取られたトレーニングシーケンスTSRXと基準トレーニングシ ーケンスTSREFとのクロス相関から生じるタップ振幅を表す。CIR推定ブロ ック30は、スライドウインドウ技術を使用することにより所与のチャンネルに対 する最大エネルギーを推定する。換言すれば、CIR椎定ブロック30は、5つの 隣接値の各セットを考慮し、そしてこれら5つの値からエネルギーを計算する。 最大エネルギーを与える5つの隣接値は、そのチャンネルのインパルス応答を表 すものとして選択される。 エネルギーは、所与の方向からBTS4によって受信された所与のMSからの 所望信号の強度の尺度であると考えられる。このプロセスは、同じデータバース トを受信することのできる8つの異なる方向を表す8つのチャンネルの各々に対 して実行される。最大エネルギーで受信された信号は、その信号の減衰が最小と なるような経路をたどっている。 分析ブロック34が設けられ、これは、チャンネルインパルス応答を表すものと してCIR推定ブロックにより選択された5つの隣接値に対し、各チャンネルご とにCIR推定ブロック30により計算された最大エネルギーを記憶する。又、分 析ブロック34は、CIR推定ブロック30により決定されたチャンネルインパルス 応答を分析し、最小遅延を確認する。この遅延は、割り当てられたタイムスロッ トにおける受け取られたトレーニングシーケンスTSRXの位置の尺度であり、ひ いては、移動ステーションとBTS4との間に信号が進んだ距離の相対的な尺度 である。最小遅延のチャンネルは、最短距離を進んだ信号を有する。この最短距 離は、ある場合には、移動ステーションMSとBTS4との間の視線経路を表す 。 分析ブロック34は、最大エネルギーを与える5つの値を決定するウインドウ の開始位置を決定するように構成される。次いで、基準点とウインドウの開始と の間の時間に基づいて時間遅延が決定される。その基準点は、各ブランチのトレ ーニングシーケンスが相関され始める時間であり、この時間は、全てのブランチ 又は同様の共通点の最も早期のウインドウエッジに対応する。異なるチャンネル の種々の遅延を正確に比較するために、共通のタイミングスケールが採用され、 これは、TDMA動作モードを制御するためにBTS4によって与えられる同期 信号に依存する。換言すれば、割り当てられたタイムスロットにおける受け取ら れたトレーニングシーケンスTSRXの位置は、時間遅延の尺度である。既知のG SMシステムでは、タイミング進み情報を与えるために所与のチャンネルの遅延 が計算されることを理解されたい。タイミング進み情報は、移動ステーションに よりBTSへ送信される信号がその割り当てられたタイムスロット内に確実に入 るようにするために使用される。タイミング進み情報は、計算された相対的遅延 及び現在のタイミング進み情報に基づいて決定することができる。移動ステーシ ョンMSがベースステーションから遠く離れている場合には、移動ステーション MSがBTSに接近した場合よりも早期にそのデータバーストを送信するように MSがBTSにより命令される。 分析ブロック34の各々により実行された分析の結果は、比較ブロック36に入力 される。比較ブロック36は、各チャンネルごとに決定される最大エネルギーを比 較し、そして各チャンネルごとに決定される遅延も比較する。比較ブロック36は 、所与のタイムスロットにおいて所与の周波数帯域の所与のデータバーストに対 し、どのチャンネルが最大エネルギーを有するか確かめる。これは、所与のデー タバーストの最も強いバージョンが受信されるところのビーム方向を確認できる ことを意味する。又、比較ブロック36は、どのチャンネルが最小遅延を有するか も確認する。換言すれば、最短の経路をたどったデータバーストを有するチャン ネルも確認できる。 比較ブロック36は、次いで、最大エネルギーを有するチャンネルが最小遅延を 有するチャンネルと同じであるかどうかチェックする。これらのチャンネルが同 じである場合には、比較ブロック36は、当該移動ステーションへの次の信号を、 最大強度及び最短経路を有する信号が受信されたところの単一ビーム方向に 送信すべきであることを指示する信号を発生ブロック38へ出力する。 しかしながら、最大強度の信号を有するチャンネルが、BTS4に最初に到達 するチャンネルと同じでない場合には、比較ブロック36は、データバーストが受 信されたところの移動ステーションMSへ送信されるべき次の信号を2つのビー ム方向に送信しなければならないことを指示する信号を発生ブロック38へ出力す る。一方の方向は、最大強度の信号が受信されたところのビーム方向に対応し、 そして他方の方向は、データバーストが最初に受信されたところのビーム方向に 対応する。例えば、最大強度の信号が入力19bを経てデジタル信号プロセッサ21 へ入力される一方、BTS4に最初に到達する信号が入力19dを経てデジタル信 号プロセッサ21に入力されたことを比較ブロック36が確認した場合には、BTS から移動ステーションへの信号がビームb2及びb4の方向に送信されることにな る。これらの状況においては、送信されるべき信号は、デジタル信号プロセッサ 21の出力22b及び22dに出力される。 上記実施形態は、移動ステーションがBTSから比較的遠くに位置し、それが 臨界距離より大きい場合に特に適している。この臨界半径は、各個々のセルの環 境に依存するもので、通常は、約0.5ないし1kmである。BTSとMSとの間 の距離が臨界距離より大きいときは、MSから受け取られるエネルギーの大部分 が比較的少数のビーム方向の間に分配される。特に、エネルギーは、主として、 1つ又は2つのビーム、或いはおそらく3つのビーム方向に集中される。しかし ながら、移動ステーションとBTSとの間の距離が臨界距離より小さいときには 、受け取られる所望のエネルギーが一般に相当数のビームの間に分配されると思 われる。従って、本発明の実施形態では、最大信号強度及び最小遅延に基づくビ ームの選択は、MSとBTS4との間の距離が臨界距離より大きい状況において のみ使用される。MSとBTS4との間の距離が臨界距離より小さいときは、B TS4は、比較的多数のビーム方向、例えば、4以上の方向にわたってMSへ信 号を送信する。比較的広い角度の広がりにわたって送信するときに使用される電 力レベルは、MSとBTS4との間の距離が臨界距離より大きいときにその又は 各ビーム方向に使用される電力より一般的に低くなる。 MSとBTSとの間の距離が臨界距離より大きいかどうかを決定するために、 適当な方法を使用することができる。1つの実施形態では、比較ブロック36が各 々の考えられる方向に対して得られるチャンネルインパルス応答を比較する。受 け取られるエネルギーのほとんどが3つ以下のビーム方向に分散される場合には 、BTSとMSとの間の距離が臨界距離より大きいと仮定する。或いは又、受け 取られるエネルギーのほとんどが4つ以上のビーム方向から受け取られる場合に は、MSとBTSとの間の距離が臨界距離より小さいと仮定する。又、比較ブロ ックがタイミング進み情報を使用して、MSとBTSとの間の距離が臨界距離よ り大きいか小さいかを決定することもできる。この方法は、上記の方法よりも正 確な結果を与えるので、本発明のある実施形態では好ましいものである。 発生ブロック38は、デジタル信号プロセッサ21から出力されるべき信号を 発生する役割を果たす。発生ブロック38は、移動ステーションMSへ送信され るべきスピーチ及び/又は情報を表す入力40を有する。発生ブロック38は、 移動ステーションMSへ送信されるべきスピーチ又は情報をエンコードする役割 を果たし、そして信号内にトレーニングシーケンス及び同期シーケンスを含ませ る。又、ブロック38は、変調信号を発生するという役割も果たす。発生された 信号及び決定されたビーム方向に基づき、発生ブロック38は、デジタル信号プ ロセッサ21の各出力22a−hに信号を与える。又、発生ブロック38は出力 50も与え、これは、増幅器24により与えられる増幅を制御して、種々のビー ム方向の信号が所要の電力レベルを有するように確保する。 チャンネルインパルス応答推定ブロック30の出力は、移動ステーションMS から受け取った信号を等化しそして整合するのにも使用される。特に、多経路伝 播により生じる記号間干渉の影響は、整合フィルタ(MF)及びイコライザブロ ック42により受信信号から除去し又は軽減することができる。整合フィルタ( MF)及びイコライザブロック42は、MSからの受信信号を受け取るための入 力(図示せず)を有することが明らかである。各ブロック42の出力は、MSに より送られたスピーチ及び/又は情報を回復する役目を果たす回復ブロック44 によって受け取られる。回復ブロックにより実行されるステップは、信号を復調 しそしてデコードすることを含む。回復されたスピーチ又は情報は、出力48に 出力される。 上記の実施形態は、GSMセルラー通信ネットワークにおいて実施されたが、 本発明は、他のデジタルセルラー通信ネットワーク及びアナログセルラーネット ワークにも使用できることが考えられる。上記実施形態は、8つの素子を有する フェーズドアレーを使用した。当然、このアレーは、いかなる数の素子を有する こともできる。或いは又、フェーズドアレーは、各々所与の方向にビームを放射 する個別の方向性アンテナに置き換えることもできる。バトラーマトリクス回路 は、このような回路が必要とされる場所で他の適当な位相シフト回路に置き換え ることができる。バトラーマトリクス回路は、アナログビーム形成回路である。 当然、デジタルビーム形成回路DFB又は他の適当な形式のビーム形成回路を使 用することができる。アレーは、8つの素子しか設けられない場合でも、これら の素子へ供給される信号に基づき、8つ以上のビームを発生するように制御する ことができる。 又、複数のフェーズドアレーを設けることもできる。フェーズドアレーは、異 なる数のビームを与えることができる。広角の広がりが必要とされる場合には、 少数の素子を有するアレーが使用され、そして比較的細いビームが必要なときに は、多数の素子を有するアレーが使用される。 明らかなように、上記実施形態は、バトラーマトリクス回路から8つの出力を 与えるものとして説明した。実際には、多数の異なるチャンネルがバトラーマト リクスの各出力に同時に出力されることを理解されたい。これらのチャンネルは 、異なる周波数帯域であってもよい。又、異なるタイムスロットに対するチャン ネルも各出力に与えられる。個々の増幅器、プロセッサ、アナログ/デジタルコ ンバータ及びデジタル/アナログコンバータが図示されたが、これらは、実際に は、複数の入力及び出力を有する単一の素子で各々形成されてもよい。 本発明の実施形態は、セルラー通信ネットワーク以外にも適用できることを理 解されたい。例えば、本発明の実施形態は、方向性無線通信を必要とする環境に も使用できる。例えば、この技術は、PMR(プライベート無線ネットワーク) 等にも使用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN, CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,G E,HU,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR ,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV, MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,P L,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK ,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ, VN,YU

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.移動通信ネットワークにおいて第1ステーションと第2移動ステーションと の間で方向性無線通信を行う方法であって、 上記第2ステーションにより送信された通信データを上記第1ステーション で受信し、この通信データは、複数の信号経路の1つ以上を経て進むことがで き、そして複数の異なるビーム方向の1つ以上から信号のセットとして受信さ れ; 更に、上記信号のうちの第1信号が上記第1ステーションにより受信される ところのビーム方向に対応する第1ビーム方向であって上記信号経路のうちの 最も短い経路を表す第1ビーム方向と、最も大きな信号強度を有する上記信号 の1つが受信されるところのビーム方向に対応する第2ビーム方向とを決定し ;そして 上記第1及び第2のビーム方向が異なる場合に、上記第1及び第2の両ビー ム方向に上記第1ステーションから上記第2ステーションへ通信データを送信 する; という段階を備えたことを特徴とする方法。 2.放射ビームを送信するための複数のビーム方向を第1ステーションにおいて 定義し、上記ビーム方向の各々は個々に選択可能である請求項1に記載の方法 。 3.上記決定段階において、上記第1及び第2のビーム方向の少なくとも1つは 各チャンネルインパルス応答から決定される請求項1又は2に記載の方法。 4.上記チャンネルインパルス応答は、上記信号セットの各々に対して決定され 、そして決定されたチャンネルインパルス応答は、上記第1及び第2のビーム 方向の少なくとも1つを決定するために比較される請求項3に記載の方法。 5.第1ステーションと第2ステーションとの間の距離を表す距離パラメータを 監視する段階を備え、この第1ステーションと第2ステーションとの間の距離 が所定値より小さい場合には、上記第2ステーションへ送信される通信データ は、上記第1ステーションから多数のビーム方向において上記第2ステーショ ンへ送信される請求項1ないし4のいずれかに記載の方法。 6.上記第1ステーションと第2ステーションとの間の距離が所定値より小さい 場合には、通信データが比較的低い電力レベルで上記第2ステーションへ送信 され、そしてその距離が上記所定値より大きい場合には、通信データが高い電 力レベルで送信される請求項5に記載の方法。 7.通信ネットワークにおいて第1ステーションと第2ステーションとの間で方 向性無線通信を行う方法であって、 上記第2ステーションにより送信された第1信号を第1ステーションで受信 し、この第1信号は、1つ以上の異なるビーム方向から受け取られ; 更に、上記第1信号が上記第1ステーションにより最初に受信されるところ のビーム方向に対応する第1ビーム方向と、最も大きな信号強度を有する第1 信号が受信されるところのビーム方向に対応する第2ビーム方向とを決定し; そして 上記第1及び第2のビーム方向において上記第1ステーションから第2ステ ーションへ信号を送信する; という段階を備えたことを特徴とする方法。 8.上記通信ネットワークはセルラーネットワークであり、そして上記第1ステ ーションはベーストランシーバステーションである請求項1ないし7のいずれ かに記載の方法。 9.移動通信ネットワークにおいて第2移動ステーションと方向性無線通信を行 う第1ステーションであって、 上記第2ステーションにより送信された通信データを受信するための受信手 段を備え、この通信データは、複数の信号経路の1つ以上を経て進むことがで き、そして複数の異なるビーム方向の1つ以上から信号のセットとして受信さ れ; 更に、上記信号のうちの第1信号が上記第1ステーションにより受信される ところのビーム方向に対応する第1ビーム方向であって上記信号経路のうちの 最も短い経路を表す第1ビーム方向と、最も大きな信号強度を有する上記信号 の1つが受信されるところのビーム方向に対応する第2ビーム方向とを決定す るための決定手段と; 通信データを上記第2ステーションへ送信するための送信手段と; 通信データが送信される方向を制御するためのコントロール手段とを備え; 上記第1及び第2のビーム方向は異なり、そして上記送信手段は、通信デー タを第1及び第2のビーム方向に送信するように上記コントロール手段により 制御されることを特徴とする第1ステーション。 10.上記送信手段は、放射ビームを送信するための複数のビーム方向を与える ように構成され、上記ビーム方向の各々は、個々に選択可能である請求項9に 記載の第1ステーション。 11.各々の上記送信手段は、複数の異なる方向に複数のビームを与えるように 構成されたアンテナアレーを含む請求項9又は10に記載の第1ステーション 。
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