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

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ＴＳ_RX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、ＴＳ_RX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ＴＳ_RX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ＴＳ_REF とクロス相関される。この基準トレーニングシーケンスＴＳ_REF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ＴＳ_RX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ＴＳ_REF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ＴＳ_REF及び受け取ったトレーニングシーケンス ＴＳ_RX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ＴＳ_RX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ＴＳ_RX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ＴＳ_RXが基準トレーニングシーケンスＴＳ_REF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ＴＳ_REFに対する受け取ら れたトレーニングシーケンスＴＳ_RX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ＴＳ_RXと基準トレーニングシーケンスＴＳ_REF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ＴＳ_RXと基準トレーニングシーケン スＴＳ_REF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ＴＳ_RXと基準トレーニングシ ーケンスＴＳ_REF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ＴＳ_RX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ＴＳ_RX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 。