JP2002502181A - 無線送信におけるダウン・リンク・ダイバーシチのための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 セルラ無線システムにおけるダウン・リンク・ダイバーシチを提供する。システムは、基地局（ＢＳ）内にダイバーシチ受信構成、特にアンテナ・ダイバーシチ構成（２０７、２０９）を使用して移動局（ＭＳ）からの信号を受信する手段を有する。現在の受信条件に関する情報は、受信ダイバーシチ・システムから抽出されて、送信を改善するために使用される。かくして、送信信号は信号電力をより少なくすることができ、これがまたより小さなクラスタ・サイズを得られるようにし、これによってセルラ無線システムにおけるチャネル容量を増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、無線通信方法及び装置に関する。

【０００２】 （関連技術の説明） セルラ無線システムにおいて、特定のエリアをカバーするセルの数は、コスト
を最小化するために可能な限り少なくする必要がある。しかしながら、多くの局
を有するシステムにとって十分に良好な信号対雑音比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ
ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を維持するために、セル・サイズは可能な限り
小さいことが必要である。

【０００３】 従って、小さなセル・サイズを使用すると、セルラ無線システムにおける他の
位置で同一信号を再使用することができる。Ｍ直交信号又はチャネルを有するシ
ステムにおいて、これらは、通常、同一数のチャネルと同一又は近いＫグループ
に分割される。基地局をセルの中央に配置した６角形のセル・パターン（図１を
参照）において、Ｋは、下記のように表す任意の整数とすることができる。

【０００４】

【数１】 Ｋ＝（ｉ＋ｊ）²−ｉｊ、だたしｉ，ｊ＝０，１，２，３，・・・・ 従って、Ｋは、Ｋ＝３、４、７、９、１２、１３、．．．．．とすることができ
る。

【０００５】 各チャネル・グループを１回使用するチャネル・グループは、通常、クラスタ
と呼ばれる。従って、通常、Ｋはクラスタ・サイズと呼ばれる。

【０００６】 また、基地局がセルの隅に配置した指向性アンテナを使用する更に進んだセル
構造を使用することも一般的である（図１ｂを参照）。１クラスタ当たり１２の
クラスタ・サイズ及び４基地局位置を有するセル構造は、４／１２クラスタと表
され、同様にして、１クラスタ当たり２１のクラスタ・サイズ及び７基地局位置
を有するセル構造は、７／２１と表され、以下同様となる。このような構成は、
同一位置にいくつかの基地局を配置することができ、これがコストを節約する利
点がある。基地局から移動局までの最大距離は増加するが、近接配置により干渉
する基地局数は減少することになる。

【０００７】 １セル当たり可能な限り多くの呼を取り扱うシステムを最適化するためには、
１セル当たり可能な限り多くのチャネルに対するアクセスを有することが望まし
い。これをシステム（ｎ）の容量と呼ぶことができる。ただし、

【０００８】

【数２】 ｎ＝Ｍ／ｋ

【０００９】 通常、あるシステムにおいて、使用可能とされるチャネル数Ｍは、予め定め決
定される。従って、セルラ無線システムの容量を増加するためには、グループの
数Ｋを可能な限り小さくする必要がある。グループの数Ｋがどのくらい小さくで
きるかは、その信号が雑音及び干渉信号に対してどの程度の感度があるかによっ
て決定することができる。

【００１０】 フェージングのある無線チャネルに乗せて送信する際のパフォーマンスを増加
するために、ダイバーシチが採用されている。ダイバーシチは、同一信号が２以
上の送信パスを介して送信されることを意味する。例えば、周波数ダイバーシチ
、時間ダイバーシチ、偏波ダイバーシチ及び空間ダイバーシチ等のように多くの
異なった形式のダイバーシチ構成がある。空間ダイバーシチ又はアンテナ・ダイ
バーシチでは、信号を受信する際にいくつかのアンテナが使用される。２本のア
ンテナ間の距離が十分に長いければ、異なるアンテナでの信号が訂正されないと
いうことを示すことができる。

【００１１】 必要とする距離は、主として送信に使用される波長に依存している。その波長
を２により割り算した距離は、その相関を受け入れ可能なレベルまで十分に低減
可能である。アンテナ間の距離が長くなれば、それだけ相関が小さくなる。しか
しながら、非常に長い距離は実現不可能となる。通常の値は、使用される波長の
約１２〜２０倍と云うことができる。

【００１２】 アンテナ・ダイバーシチは、それほど大きな周波数レンジを必要としない利点
がある。更に、アンテナ・ダイバーシチ構成の実施は極めて簡単である。

【００１３】 大きく集中している移動局（移動電話）を有する都市及び他の地域において、
適用可能な周波数レンジは、かなり集中した移動局に比較して非常に限定される
。この環境では、必要とする周波数レンジを増加させる周波数ダイバーシチ・シ
ステム及び他の形式のダイバーシチ・システムは、大きな数の移動局を対処する
ために利用可能なチャネル数が余りに少な過ぎるので、使用することができない
。従って、多くの場合、アンテナ・ダイバーシチ・システムの使用は、許容でき
る。

【００１４】 受信機は、異なる多数の方法により異なるアンテナからの信号を使用すること
又は重み付けすることができる。最も一般的な方法は、下記のようである。

【００１５】 選択ダイバーシチ（Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）：受信機は、
最高の信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する信号を選択し、かつ信号検出のためにこ
の信号を使用する。

【００１６】 最大比合成ダイバーシチ（Ｍａｘｉｍｕｍ ｒａｔｉｏ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ
ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）：受信機は、全ての受信ブランチからの情報を全て同一
時間に使用する。異なる受信ブランチからの信号は、それぞれのブランチにおけ
るＳＮＲに比例した重み付けが与えられる。この方法を使用するときは、個々の
信号は、加算を実行するときに、同一位相を有していることが必要である。従っ
て、位相補償回路を実施していることが必要である。そのときに、位相補償及び
最適重み付け信号は、出力信号として使用される。

【００１７】 等利得合成ダイバーシチ（Ｅｑｕａｌ ｇａｉｎ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｄｉ
ｖｅｒｓｉｔｙ）：これは、最大比合成ダイバーシチ・システムの特殊な場合で
ある。従って、各受信ブランチにおいて瞬時ＳＮＲを測定する必要がないように
、重み付けは、全てのブランチに関して一定及び同一に設定される。

【００１８】 スイッチド・ダイバーシチ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）：これ
は、簡単な方法である。従って、１回に１ブランチを使用し、かつ異なるブラン
チ間のスイッチングは、信号のエンベロープが一定のしきい値以下に低下したと
きにのみ、実行される。

【００１９】 ダイバーシチ・システムを使用すると、長いフェージング条件を避けるための
強力なツールとなる。

【００２０】 しかしながら、今日のダイバーシチ・システムは、セルラ無線システム用のチ
ャネル容量を大幅に増加するために使用できない。チャネル容量の限界は、利用
可能な周波数レンジが制限され、かつ移動端末の数がますます増加しているので
、ますます増大する問題である。

【００２１】 （概要） 本発明の目的は、セルラ無線システム用のチャネル容量を改善することである
。この目的は、送信目的用のアンテナ・ダイバーシチ・システムにおいて信号を
受信するときに得られる情報を使用した、基地局内のダイバーシチ構成を使用す
ることにより得られる。

【００２２】 従って、無線送信システムは、現在のダイバーシチ条件に関する情報を抽出す
るための手段を基地局内に備え、かつ抽出された情報は、ダイバーシチ（ダウン
・リンク）送信機構に従ってダウン・リンクの送信を制御するために使用する。

【００２３】 従って、信号（アップ・リンク信号）の受信に使用された情報は、信号（ダウ
ン・リンク信号）の送信に対応するようにして供給される。これは、より少ない
電力を送信信号において使用可能にさせ、これによって、クラスタ・サイズを減
少させることができる。これは、また、以上のことからより大きなチャネル容量
に帰結する。

【００２４】 従って、このようなダウン・リンクのダイバーシチ構成を使用すると、更に大
きな周波数レンジを使用することを必要とすることなく、システム・オペレータ
に移動局の数を容易に増加可能にするツールを提供する。例えば、共通チャネル
（Ｃｏ−Ｃｈａｎｎｅｌ）干渉を減少させることが可能となり、従って４／１２
クラスタが７／２１セル・クラスタにおいて、従来の基地局と同一の音声品質を
有することになる。

【００２５】 ここで、非限定的な例により、本発明を更に詳細に、添付図面を参照して説明
する。

【００２６】 （好ましい実施例の説明） 図２には、セルラ送信システムの主要図が示されている。従って、移動局は２
０１に示されている。移動局２０１は、２０５に示す基地局と通信することがで
きるアンテナ２０３を有する。基地局２０５は、２本のアンテナ２０７及び２０
９を有する。

【００２７】 図２に示す基地局２０５は、最大比合成ダイバーシチ用に設計されている。従
って、ＳＮＲは、アンテナ２０７及び２０９により受信された信号から導き出さ
れる。このＳＮＲは、増幅器２１１及び２１３を測定されたＳＮＲに対応する値
に設定するために使用される。換言すれば、良好なＳＮＲを有する受信ブランチ
は、小さなＳＮＲを有する受信ブランチよりも大きく増幅される。

【００２８】 増幅器２１１に対してセットされたと同一値が同時に増幅器２１５にセットさ
れ、また増幅器２１３にセットされたと同一値が増幅器２１７にセットされる。
増幅器２１５及び２１７は、基地局２０５の送信回路の一部を形成し、更に、ア
ンテナ２０７及び２０９にも接続されており、従って、これらは移動局２０１に
／からの信号の送信及び受信に共に使用される。

【００２９】 増幅器２１１及び２１３からの出力は、回路２１９に供給される。回路２１９
は、２つの受信信号を加算する前に、これもまた回路２１９において実行される
のであるが、これら受信信号に同一位相を与えるために位相補償に使用される。

【００３０】 位相調整回路２１９において導き出された情報は、更に、基地局２０５の送信
回路の一部をなす位相調整回路２２１及び２２３に供給される。

【００３１】 回路２１９からの出力は、検出器又は復調回路２２５に供給され、これが基地
局２０５の出力を供給する。

【００３２】 基地局は、移動局２０１との双方向通信に使用される。従って、基地局２０５
から基地局２０１に信号を送信するときに、送信されるべき信号は、変調器２２
７に供給される。この変調器の出力は、異なった２本のラインにより位相調整器
２２１及び２２３に供給される。位相調整器２２１及び２２３は、回路２１９に
おいて実行された現在の位相補償に従って設定される。次いで、位相調整器２２
１及び２２３の出力信号は、アンテナ２０７及び２０９にそれぞれ供給される。

【００３３】 従って、アンテナ２０７及び２０９は、信号の受信のため及びその送信のため
の両方に使用されるデュープレックス・アンテナである。アンテナ２０７及び２
０９には、現在の受信信号のＳＮＲと同一の位相補償及び同一の信号強度関係を
有する送信信号が供給される。

【００３４】 この構成は、受信中の移動局２０１において同一のＳＮＲを維持している間に
、基地局２０５から送信する信号をより小さな信号電力を使用して送信すること
ができるという効果がある。

【００３５】 好ましい実施例において、デュープレックス・アンテナ２０７及び２０９は、
使用する波長の１／２又はその整数倍に等しい距離により離されている。更に、
いくつかの状況においてより有益となるのであれば、２以上のアンテナを有する
構成を使用することも可能である。例えば、いくつかのアプリケーションでは、
３又は４本のアンテナを使用することもできる。

【００３６】 更に、ＳＮＲを増加させるために最大比合成ダイバーシチ・アルゴリズムを使
用したアンテナ・ダイバーシチを基地局において使用する必要はない。更に、他
のアンテナ・ダイバーシチ・アルゴリズムを同じように使用することもできる。
従って、（以上で説明したように）選択ダイバーシチを使用するのであれば、基
地局の送信部は、受信部から供給される情報を使用して、移動局からの信号を受
信するために現在使用しているデュープレックス・アンテナから情報を送出する
ことになる。

【００３７】 これは図３に示されている。従って、移動局３０１は、アンテナ３０３を介し
て基地局３０５に信号を送信し、かつ受信している。基地局３０５は、２つのデ
ュープレックス・アンテナ３０７及び３０９を有する。アンテナ３０７及び３０
９は、受信機３１１及び３１３にそれぞれ接続されている。２つの受信機３１１
及び３１３からの出力は、ロジック・ユニット３１５に接続されており、このロ
ジック・ユニット３１５は、出力信号として、２つの受信機から最高のＳＮＲを
有する出力信号を選択するように構成されている。

【００３８】 ロジック・ユニット３１５は、更に、２つのスイッチ３１７及び３１９を制御
しているので、信号を受信するときに、現在、使用しているアンテナ３０７又は
３０９のみが、変調器３２１を介して送信するために使用される。

【００３９】 従って、基地局３０５が移動局３０１に信号を送信するときは、変調器３２１
において変調される入力信号は、現在、最高の受信ＳＮＲを有するデュープレッ
クス・アンテナ３０７又は３０９のみを介して送信される。このようにして、図
２に関連し、以上で説明した場合のように、受信側で、即ち移動局において同一
のＳＮＲを維持している間は、より低い信号電力を使用することができる。

【００４０】 勿論、受信アンテナ・ダイバーシチ・システムにより得られた情報を使用して
信号を送信させる考えは、以上で説明したアンテナ・ダイバーシチ・システムに
限定されず、他の全てのアンテナ・ダイバーシチ・システムを使用しても効果を
得ることができる。実際、受信ダイバーシチ・システムにより得られる情報の方
法は、アンテナ・ダイバーシチ・システムに限定されなくとも、周波数ダイバー
シチ・システムのように、他のダイバーシチ・システムに等しく好適に実施する
ことができる。この場合には、ダイバーシチ・システムにより得られた周波数情
報が送信目的に使用される。例えば、現在最良のＳＮＲを提供する周波数が送信
に使用される。しかしながら、これは、受信機が異なる送信周波数で受信する手
段を有することが必要となる。

【００４１】 図４は、ダウン・リンク送信機構を使用するときに、基地局において実行され
るステップを説明すフロー・チャートである。従って、まず、ブロック４０１に
おいて適当なダイバーシチ構成、例えばアンテナ・ダイバーシチ構成を使用して
アップ・リンク信号を受信する。次に、ブロック４０３において、アップ・リン
ク信号に関するダイバーシチ構成により得た情報を抽出する。例えば、選択ダイ
バーシチを採用しているアンテナ・ダイバーシチ・システムを使用する場合に、
抽出した情報は、最高のＳＮＲを有する信号を現在受信しているのはどのアンテ
ナ／受信ブランチかということである。

【００４２】 その結果、ブロック４０５において、情報は基地局の送信部に渡され、ブロッ
ク４０７において、送信部は、最終的に、受信ダイバーシチ・システムから得た
情報を使用してアンテナ／複数のアンテナにダウンリンク信号を供給する。得ら
れた情報が、最高のＳＮＲを有する信号を現在受信しているのはアンテナ・ダイ
バーシチ・システムにおけるどのアンテナであるかという場合には（選択ダイバ
ーシチ）、基地局の送信部は、そのアンテナにダウン・リンク信号を供給する。

【００４３】 送信目的のためにアップ・リンク信号を受信するダイバーシチ構成、即ちある
種類の送信ダイバーシチから得た情報を使用するここで説明した方法及びシステ
ムは、より小さな信号電力の使用を可能にする。

【００４４】 これは、周波数が限定されたリソースであり、かつ移動電話のように、増大す
る数の移動局を収容できるシステムを得るために、接近した位置で周波数の繰り
返しが必要とされる今日のセルラ無線システムにおいて、最も有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】 ６角形のセル構造を示す。

【図１ｂ】 ６角形のセル構造を示す。

【図２】 基地局がダイバーシチ構成を使用した組み合わせ受信機／送信機を有する、移
動局及びセルラ無線システムを示す。

【図３】 基地局が他のダイバーシチ構成を使用した組み合わせ受信機／送信機を有する
、移動局及びセルラ無線システムを示す。

【図４】 ダウン・リンク・ダイバーシチ機構を採用したときに実施される異なったステ
ップを示すフロー・チャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，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，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ニルソン、クリステル スウェーデン国 ストックホルム、フレユ ガタン 23 Ｆターム(参考） 5K059 CC02 CC03 DD07 DD32 DD36 5K067 AA02 BB02 CC24 EE10 EE45 GG01 GG11 KK03

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信機ダイバーシチ構成を有する基地局を備えた無線送信シ
   ステムにおいて、現在の受信機ダイバーシチ条件に関する情報を抽出する基地局
   内の手段と、受信機ダイバーシチ構成から抽出した情報に従って制御されるダイ
   バーシチ送信アルゴリズムに従ってダウン・リンク信号を送信する手段とにより
   特徴付けられた無線送信システム。
2. 【請求項２】 送信手段は、アップ・リンク信号を受信するために現在使用
   されていると同一のダイバーシチ・アルゴリズムをダウン・リンク信号に適用す
   るように制御されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 【請求項３】 アップ・リンク信号を受信するためにアンテナ・ダイバーシ
   チ構成が使用されていることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のシス
   テム。
4. 【請求項４】 アップ・リンク信号を受信するデュープレックス・アンテナ
   であって、ダウン・リンク信号が同一のアンテナを使用して送信可能にされてい
   ることにより特徴付けられた請求項３記載のシステム。
5. 【請求項５】 アンテナ・ダイバーシチ構成は、信号を送受信する２本のア
   ンテナを備えていることを特徴とする請求項３〜４のいずれかに記載のシステム
   。
6. 【請求項６】 アンテナ・ダイバーシチ構成におけるアンテナは、送信に使
   用される波長の１／２の整数倍に対応する距離によって離されていることを特徴
   とする請求項３〜５記載のいずれかに記載のシステム。
7. 【請求項７】 受信信号を送信する方法において、 ダイバーシチ構成及びアルゴリズムを使用してアップ・リンク信号を受信する
   ステップと、 受信するダイバーシチ構成から情報を抽出するステップと、 抽出された情報の制御により送信ダイバーシチ・アルゴリズムに従って信号を
   送信するステップと により特徴付けられた方法。
8. 【請求項８】 使用される送信ダイバーシチ・アルゴリズムは、受信アルゴ
   リズムと同一であることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】 アンテナ・ダイバーシチ構成は、アップ・リンク信号を受信
   するために使用されることを特徴とする請求項７〜８のうちのいずれかに記載の
   方法。
10. 【請求項１０】 デュープレックス・アンテナは、アップ・リンク信号を受
    信するためのアンテナ・ダイバーシチ構成において使用され、ダウン・リンク信
    号は、同一のアンテナを使用して送信可能にされていることを特徴とする請求項
    ９記載の方法。
11. 【請求項１１】 ２つのアンテナは、信号を送受信するために使用されるこ
    とを特徴とする請求項９〜１０記載の方法。
12. 【請求項１２】 アンテナ・ダイバーシチ構成におけるアンテナは、送信に
    おいて使用される波長の１／２、又はその波長の１／２の整数倍に対応する距離
    により離されていることを特徴とする請求項９〜１１記載のうちのいずれかに記
    載の方法。