JP2002511676A - 無線基地局において無線信号を取り扱うための方法及び装置 - Google Patents

無線基地局において無線信号を取り扱うための方法及び装置

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JP2002511676A JP2000542943A JP2000542943A JP2002511676A JP 2002511676 A JP2002511676 A JP 2002511676A JP 2000542943 A JP2000542943 A JP 2000542943A JP 2000542943 A JP2000542943 A JP 2000542943A JP 2002511676 A JP2002511676 A JP 2002511676A
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Abstract

(57)【要約】 無線通信システムを記載する。ここで、柔軟なトランシーバー(400)は、異なるアンテナ構造(450、460)と切替え可能に接続されることができる。交換器(490)はアンテナ素子と中央処理ユニット(430)の制御下にある受信処理回路(420)の間に提供され、トランシーバーが異なるアンテナ構造を扱うことを可能とする。本発明により達成される強化された柔軟性は新規のトランシーバーを提供し、例えばそれを呼と呼の間若しくは呼の最中に、システムの負荷の量及びタイプにおける変化に基づいてリソースを動的に割り当てるために再構成したり、既存のオペレーティング機能をより効果的にするために調整することを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムに包含されるシステム及び方法に関連するもので
ある。さらに詳細には、異なるアンテナ設備に応じて容易に利用可能な再構成可
能なトランシーバー及び、そのようなトランシーバーの使用方法に関連する。
【0002】
【従来の技術】
セルラー電話産業は、米国産業界で他国と同様に驚くべき進歩をとげた。首都
圏での成長は予想をはるかに越え、急速にシステムのキャパシティを凌駕してい
る。もしこの傾向が続くなら、この産業の成長による影響は、最小のマーケット
にもすぐに及ぶであろう。増加するこれらのキャパシティ要求を満足するととも
に、高品質サービスを維持し、料金高騰を避ける革新的な解決手段が必要とされ
ている。
【0003】 図1は、従来のセルラー無線通信システム100の一例を示す図である。無線
通信システム100は、複数の対応するアンテナ130a-nに接続された、複数
の無線基地局170a-nを包含する。アンテナ130a-nに接続された無線基地局
170a-nは、複数のセル110a-n内で複数の移動端末(端末120a、120b
及び120m)と通信する。基地局から移動端末への通信はダウンリンクと称さ
れ、移動端末から基地局への通信はアップリンクと称される。
【0004】 基地局は、移動電話交換機(MSC)150と接続される。例えば、あるセル
から別のセルへの移動端末のハンドオフの間に、MSCは特に基地局の動作を調
整する。MSCを逆にさまざまな通信装置180a、180b及び180cにサー
ビスする公衆交換電話網160に接続することができる。
【0005】 セルラー無線通信システムにおいて発生する共通の問題は、マルチパスフェ―
ジングによるアップリンク及びダウンリンクでの情報の損失である。マルチパス
フェ―ジングは信号が基地局と受信者間のいくつかのパスを送信されていくとき
に発生する。基地局と移動端末の間のパス長の差が比較的小さい時は、複数の信
号イメージはほとんど同時に着信する。イメージは発展的又は破壊的に足し合わ
され、レイリー分布に従うフェ―ジングが生ずる。パス長が比較的大きい場合は
、送信媒体は時間分散とみなされ、付加イメージは送信信号のエコーと見なされ
、符号間干渉(ISI )を生ずる。
【0006】 フェ―ジングは、複数の受信アンテナを利用し、選択合成、等利得合成若しく
は最大比合成のようなダイバーシチ合成のいくつかの形態を採用することにより
軽減することができる。ダイバーシチは、あるアンテナでは信号が減衰している
が、他のアンテナではそうではないために、異なるアンテナ上でフェ―ジングが
同一ではないという事実を利用する。ISIマルチパス時間分散は、線形等価、
判定帰還型等価や、最尤系列推定(MLSE)ようないくつかの等価手法により
軽減することができる。
【0007】 基地局と移動端末間で送信される信号は干渉によってもまた劣化する。たとえ
ば、あるセル内の基地局と移動端末の間の希望通信チャネルは、当該セル若しく
は他の隣接セル内の他の移動端末の信号送信により劣化する。他の基地局若しく
は、同一周波数帯域内において動作しているRF伝搬装置は、干渉(例えば、時
分割多重接続(TDMA)技術を利用してアクセス可能なシステムにおける“同
一チャネル”または“隣接チャネル”干渉)の原因となり得る。
【0008】 周波数の再利用は、干渉セルをできるだけ離して配置することにより、特に干
渉を軽減するために活用できる。パワー制御はまた、トランスミッターが最小実
効レベルのパワーで通信することを保証することで、干渉を軽減することができ
る。そのようなパワー制御技術は、各基地局において単一周波数チャネルで情報
を受信するので、符号分割多重接続(CDMA)システムにおいて特に効果的で
ある。
【0009】 セル内の移動端末と通信するための指向性アンテナを複数利用することで干渉
を更に軽減することができる。指向性アンテナ(又はセクタアンテナ)は、限定
された地域内でエネルギーの送信、受信を行い、それにより当該地域外の無線ユ
ニットからうける干渉を軽減する。典型的には、無線通信セルは、3つのセクタ
アンテナによってサービスされる120°のセクタに3分割されるか、6つのセ
クタアンテナによってサービスされる60°セクタによって6分割される。より
小さいアンテナセクタでも比較的狭いビームを複数利用して信号の送受信を行う
固定ビームフェーズアレーアンテナを利用して実現できる。例えば図2は、固定
ビームフェーズアレー(不図示)を利用する無線基地局220を包含する、その
ような典型的な無線通信システム200を示すものである。フェーズアレーは、
基地局220から放射的に広がる複数の固定狭ビーム(B、B、B、B ,等)を生成する。好ましくは、無線通信セルにサービスするための隣接するカ
バーエリアを作るためにビームはオーバーラップする。不図示であるが、フェー
ズアレーは実質的に3つのフェーズアレーセクタアンテナから構成され、各アン
テナは基地局220から広がる120°の区画で通信する。
【0010】 図2はビームのうちの一つ、Bのカバーエリア内に存在する移動端末210
を示す。通信は基地局220とこの移動端末210との間でビームB若しくは
、1以上の隣接ビームを使って進行する。現代の無線通信環境は典型的にセル内
に数多くの移動端末を包含することが理解される。しかしながら、セル内に複数
の移動端末が存在する場合であっても、ビームのサブセットはいかなる移動端末
局も包含しない。よって、従来の固定ビームフェーズアレイシステムでは、これ
らのビームは移動端末がその割り当てられたエリアに入るまでは本質的にアイド
ル状態である。そのようなアイドルビームはセルに不要なエネルギーを放射し、
他のセル(特に隣接セル)同様、同セル内の無線ユニットにもたらされるネット
干渉を起こす。これらのビームはまた、基地局220に課される処理及び動力負
荷を増加する。
【0011】 これらの問題は、“アダプティブ”フェーズアレーと呼ばれる上記のシステム
のバリエーションを利用することにより、部分的に改善される。そのようなアレ
ーは特定方向における信号の選択的送信及び受信を可能とする。例えば、図3に
示すように、アレー300は、ターゲット移動端末380から(アレーの法線に
たいして)角度Θで送信された信号を受信するのに利用され、同時に別の端末3
70から送信される不要な信号をキャンセルすることができる。これは、特定の
角度方向におけるアレーの感度を増加し、他の方向のアレーの感度を下げる(例
えば、干渉源にヌルを向けることによる)ように、フェーズアンテナ300から
の各信号パス(r1,r2,...rn)に適用される(複素)ウェイト(w1,w2,...Wn)を選
択することにより実現される。希望のウェイティングは、ビーム生成ユニット3
40、加算器330及びコントローラ320を備えるフィードバックループを介
してウェイトを反復的に変化させることにより選択される。フィードバックルー
プは、ビーム生成ユニットの出力“x”において信号対干渉比を最大にするよう
に機能する。RFビーム生成は、固定ビーム生成のための別の方法である。図1
に示された無線通信システムへのアダプティブフェーズアレーアンテナの適用は
、単一移動端末210の方向に一般的に指向される単一ビーム(若しくはビーム
の小サブセット)をもたらす。そのようなシステムは、干渉の実質的な軽減をも
たらす。例えば、Garg他による“Applications of CDMA in Wireless/Personal
Communications ”(Prentice Hall, 1997)では、理想的な8ビームアンテナは
セル分割のような既存の手法と比較して、ネットワーク容量を3倍に増加させた
ことが開示されている。さらに、固定的及び適応ビーム生成セルラー無線通信シ
ステムの両方における移動端末の存在及び位置は、各ビームのアップリンク方向
における信号強度を測定することにより決定できる。最も強い受信信号をもたら
すビーム方向は、希望の移動のおよその位置を示すのに利用できる。
【0012】 前述の記載から分かるように、無線通信システムにおいて利用され、かつ又は
、トランシーバーの利用のために考慮された多くのタイプのアンテナ設備がある
。しかしながら、従来のトランシーバーは、特定のアンテナ設備及びダイバーシ
チ合成技術で利用するために柔軟性なく設計されたものである。例えば今日利用
されているあるトランシーバーは、単一アンテナ(ダイバーシチなし)でのみ動
作するように設計されており、あるトランシーバーは特定のダイバーシチ合成技
術に対応した指向性アンテナの組合せでのみ動作するように設計されており、ま
た、他のトランシーバーは、アンテナアレーでのみ動作するように設計されてい
るかもしれない。さらに、将来は、複数アンテナ若しくはアンテナアレー素子を
利用して入手可能な情報を処理するためにさらなる技術、例えば新しい位置確認
技術、新しい合成技術等が開発され、その上、新しいアンテナ構造が開発される
ことが予想される。今日、アンテナ設備の変更を希望するネットワークオペレー
タは、トランシーバーのハードウェアを入れ替えなければならない必要性に直面
している。例えば、周波数設計やアンテナ設備の変更(例えば、アダプティブア
ンテナアレーからセクタアンテナへの変更若しくはその逆)は、典型的に高価で
時間のかかるハードウェア変更を必要とする。場合によっては、そのようなハー
ドウェアの変更に伴う出費により、希望する改良が経済的に困難なものとしてな
ってしまうかもしれない。
【0013】 それゆえ、本発明の典型的な目的は、上記の障害に煩わされないトランシーバ
ーを提供することである。さらに、より柔軟なトランシーバーの設計を提供して
いるので、本発明の別の典型的な目的は、例えば、システムにアクセスする間に
移動端末の位置を決定するような特定のトランシーバー機能を、より効果的に実
現するためにトランシーバーの操作においてその柔軟性を利用することである。
【0014】 [発明の要約] 本発明の第一の典型的な形態に従えば、前述の目的は、トランシーバーユニッ
トが複数の異なるタイプのアンテナ構造及び情報処理技術と連結して作動するこ
とを可能とする、柔軟に設計可能なトランシーバーユニットを提供することによ
り達成される。例えば、中央処理ユニットの制御下で、トランシーバーに異なる
アンテナ構造を取り扱うことを可能とする交換器が、アンテナ設備と受信用処理
回路間に提供される。この柔軟性はさまざまな手法により引き出すことができる
。例えば、ネットワークオペレータは、トランシーバーに接続されたアンテナ構
造のタイプを新規な周波数プランを実現するために順応させることができる。ま
た、システムに対する負荷の量及び種類の変化に応じてリソースを動的に割り当
てるために、呼と呼の間、若しくは呼の最中にトランシーバーユニットを再構成
することができる。
【0015】 さらに、本発明の他の典型的な実施形態では、他の操作機能をより効果的にす
るために、これらの新規トランシーバーユニットの柔軟性を利用する。例えば、
ランダムアクセスチャネル上のアクセスバーストの復号は、スキャニング(位置
決め)機能を実行するために、いくつかの無線処理回路をアレーの各アンテナビ
ームへ選択的に切替えることによる、少ない数の無線処理回路での遠隔端末の位
置決めと並列に行われる。スキャニング周波数は、セクタアンテナでアクセスバ
ーストが受信される時間内に全てのビームがポールされるように選択される。
【0016】 [発明の実施形態] 目的は説明であって限定ではない以下の説明では、本発明の全体の理解のため
に、特定の回路、回路素子、技術等の特定の詳細が説明されている。しかしなが
ら、本発明がこれらの特定の詳細から外れた他の実施形態によっても実施される
であろうことは当業者にとって自明であろう。本発明にかかる記載を不明瞭にし
ないために、公知の方法、装置及び回路の詳細な記載は省略されている。
【0017】 ここで論ずる典型的な無線通信システムは、基地局と移動端末との間の通信に
、多数のタイムスロットを介して実行される時分割多重接続(TDMA)方式を
利用するものとして記載される。しかしながら、ここで開示される概念は、周波
数分割多重接続(FDMA)、符号分割多重接続(CDMA)もしくはこれらの
ハイブリッド方式を含み、かつこれに限定されない他の方式においても利用の途
を見出すものである。さらに、典型的な実施形態のいくつかは、GSMシステム
に関連する説明的な例示を提供するが、ここで記載される技術はどんなシステム
における無線基地局についても同じように適用することができる。
【0018】 図4は、例えば、セルラー基地局において利用できる、本発明の典型的な実施
形態に対応したトランシーバーユニット400を示す図である。その中には、複
数の無線送信器410及び無線受信器420が提供され、それぞれは、特定の搬
送周波数をいつでも扱えるように適合されている。当業者は多くの無線受信器が
同一の搬送周波数を扱えることを認識しているだろう。無線送信器及び受信器は
公知の技術に対応するように設計することができる。たとえば、送信器410は
増幅器、アップコンバーター、フィルター、アナログ‐デジタル変換器等を包含
することができ、受信器420は、増幅器、ダウンコンバーター、フィルター、
デジタル‐アナログ変換器などを含むであろう。これらの装置は、制御ユニット
430によって制御され、制御ユニット430への情報や制御ユニットからの情
報をパスし、当該制御ユニット430は中央処理装置(不図示)、メモリー(不
図示)及び信号処理装置440を包含する。信号処理器440は、送信される信
号及び送信器410及び受信器420をそれぞれ介して、送信される信号及び受
信される信号の両方を処理するために必要なソフトウェア機能を提供する。たと
えば、信号処理器440は、信号符号化、変調、スクランブル及びチャネルフィ
ルタリング機能等を提供する。これは、当業者が理解するように、チャネル構成
(例えば、接続方法、帯域など)に必ず依存している。さらに、信号処理回路4
40は、受信信号のチャネルフィルタリング、復調、復号及びデスクランブルを
実行することができる。CDMAアプリケーションについては、例えば、信号処
理器440は、公知の手法における符号を利用して拡散されかつ/またはスクラ
ンブルされた受信信号をデスプレッドするために、1以上のRAKE受信器の機
能を包含することができる。
【0019】 信号処理装置440は、本発明に対応して、ネットワークオペレータが希望す
るアンテナ設備及び信号処理に適応して信号処理機能を選択的に変化させること
を可能とする柔軟なASICアプローチを利用して実現される。以下に、より詳
細に記載するように、これらのタイプの構成の変化は非常に急速に、例えば、全
ての大気上インターフェースフレーム構造におけるタイムスロットについて、ま
たは、定期的に例えばネットワークオペレータが新しいアンテナ構造の追加を決
めた場合に、なされる得る。
【0020】 トランシーバーユニット400は、そこに接続されるどんな数及びタイプのア
ンテナ設備も許容するであろう。しかしながら、本発明を説明する目的のために
、トランシーバーユニット400は、二つの指向性セクタアンテナ450及びN
アンテナローブのためのアンテナアレー460に接続されている。従来技術から
理解されるように、アンテナアレーは多数の素子、時にはいわゆる部分的アンテ
ナを有するが、その数は生成されるアンテナローブ数とは異なる数でもよい。ア
ンテナローブは、しばしばビーム生成器によって生成される。当該ビーム生成器
は図3に示すように複素ウェイト係数を利用して、多くのアンテナ素子からの信
号をローブへ若しくはその逆に変換する。ある場合は、アンテナローブは、ソフ
トウェアを利用して、アンテナ素子と直接に通信してビーム生成ユニットと同様
の機能を実行する信号処理器によって生成される。
【0021】 図4において、アンテナアレー460は、例えば図2に示すような固定ビーム
構成を獲得するために、所望のカバーエリアを獲得するための複数ビームを形成
、操作するビーム生成器470によってサポートされる。ビーム生成器470は
、例えばバトラーマトリックスのような、あらゆる従来の固定ビーム生成器を備
えることができる。図4に示すように、各セクタアンテナ450及びアンテナア
レー460の各素子を1以上の各無線送信器410及び無線受信器420に、そ
れぞれ送信交換器480及び受信交換器490を介して接続することができる。
交換器480及び490は、リソースをコントロールユニット430の監視下の
様々な接続へ割り当てるためにトランシーバーユニット400によって利用され
る。本発明のこの形態は、送信器及び受信器の接続が典型的にアンテナに固定接
続された従来のトランシーバーと比較して多大な柔軟性を与え、この柔軟性は、
以下に記載するように、効率及びシステム容量を改善する。
【0022】 交換器480及び490を利用するので、トランシーバー400は、図5a及
び図5bに示すように容易に再構成が可能である。図5aは、複数キャリアにサー
ビスを提供するために無線受信器420とセクタアンテナを接続するように受信
交換器490が構成される例を示す。また、図5bは、受信交換器490が、ひ
とつのキャリアサービスに対し、各無線受信器420が各アレーアンテナローブ
と接続されるように構成される例を示す。この手法における本発明に対応したト
ランシーバーの再構成が可能となれば、従来の無線基地局にはない、システムハ
ードウェアにおける柔軟性及び両立性の重要な改善をもたらす。交換器480及
び490に加え、コントロールユニット430は柔軟なASICを包含する。こ
れは異なるアンテナ設備へ接続されていても、受信、送信ハードウェアの再利用
を可能とする。
【0023】 アンテナ構造にトランシーバーユニットとの交換可能な接続を可能とすること
により、本発明はネットワークオペレータに既存のハードウェアリソースを最大
限に利用する機会を提供することができる。例えば柔軟な再構成は、トランシー
バーユニットの導入においても利用することができる。共通の“マクロ”セル基
地局として利用された場合、本発明の柔軟なトランシーバーは、セクタアンテナ
よりも高いスペクトル効率を与える、アダプティブアレーアンテナのみを使用す
るように構成することができる。その一方、もし屋内の利用の場合(例えばピコ
セル)は、柔軟なトランシーバーが複数の分散アンテナに接続されても良い。例
えば、単一無線送信器410と単一無線受信器420を介して切替えられる、あ
るアンテナは、ビルの通廊に設置されても良い。後の例において、ユーザーがビ
ルの周りを移動している場合は、受信交換器490を利用した同一の無線受信器
420を介して二つの分散アンテナをルーティングすることにより、受信器のダ
イバーシチを簡単に取得することができる。さらに、送信ダイバーシチは、同一
信号を二以上の分散アンテナから、二つの最良のアンテナへ無線送信器410を
交換器480を利用して接続して送信することで得られる。これらは単に、本発
明に対応した単一型のトランシーバーユニットをどのようにして複数の異なるア
プリケーションにおいて利用できるかを示す例示に過ぎない。
【0024】 さらに、ネットワークオペレータにもたらされる柔軟性は、導入部だけではな
い。本発明に対応したトランシーバーは、呼と呼の間、若しくは、トランシーバ
ーと移動端末の接続の間であっても、再構成することができる。
【0025】 本発明に対応したトランシーバーの再構成のひとつの潜在性は、ネットワーク
オペレータにシステム負荷の定期的な変化を認識することを可能とし、かつ、そ
のような変化に効果的に対応するためにトランシーバーを適応的に再構成するこ
とを可能とするところに存在する。たとえば、通信範囲がセルラーシステム及び
構内ループ無線システム(RLL)の両方によって提供されるエリアを考えてみ
る。当業者に周知なように、RLLシステムは、ワイヤード及びワイアレスのハ
イブリッドシステムであり、従来の有線システムの一部は無線インターフェース
によって置きかえられている。例えば、人口密度が低いエリアでは、家庭の電話
とネットワーク間の典型的な有線接続(PSTN)を無線インターフェースと置
き換えて利用するために、RLLシステムが提供されてもよい。
【0026】 セルラー及びRLLの両方のカバーが希望されるエリアでは、本発明に対応し
た柔軟なトランシーバーは、膨大な容量を提供するための動的なリソースの再割
当手段をネットワークオペレータに提供する。例えば、アンテナアレーに接続さ
れた前記の柔軟なトランシーバーを考えてみる。日中は、たいていの加入者は移
動しており、即ち、セルラーシステムを利用しており、移動端末に要求される空
間フィルタリングは、各無線受信器420を、単一搬送周波数で通信をサポート
するためにアンテナアレー460の1のビームと接続するように柔軟なトランシ
ーバーを構成することにより実現できる。夜間において、大半の加入者が家でR
LL端末を利用している場合、ネットワークオペレータは、各キャリアに1又は
2の無線受信器420を割り当てるように柔軟なトランシーバーを再構成するた
めに、RLL端末の実質的な固定的性質を利用することができる。この方法にお
いて、RLLモード操作時に本発明に対応した再構成なしで得られる通信リンク
よりも多くの通信リンクが、柔軟なトランシーバーによって与えられる。
【0027】 トランシーバーを導入時に構成し、接続の間においてトランシーバーを再構成
するために柔軟性を提供することに加えて、本発明の典型的な実施形態は、遠隔
端末と基地局の接続の間にトランシーバーの再構成技術を提供する。例えば、柔
軟なトランシーバーは、それ自体と移動局の間の接続を扱うために、現在のシス
テム負荷を考慮し、呼のブロッキングのリスクを見積もり、第一の数(例えば8
)を無線受信器420に割り当て、かつ、第二の数を無線送信器410(例えば
4)に割り当てる。接続が確立された後の初期時間において、柔軟なトランシー
バーは比較的多くの数の無線受信器からの情報を利用して、高速かつ正確に移動
端末の位置を見積もる。そして、基地局はその時点で移動端末の妥当な見積もり
を有し、データの送信及び受信に適切なビームを選択することができるので、よ
り少ないユニット(例えば、2つの無線受信器及び1つの無線送信器)が同一接
続のサポートに利用されるように、柔軟なトランシーバーが無線受信器420及
び無線送信器410の割当を調整することができる。
【0028】 本発明に対応した柔軟なトランシーバーは、無線通信を最大限に活用し、ハー
ドウェアコストを削減するための数多くの方法で構成、再構成できることは、当
業者には自明なことであろう。図6に示す表は、ある可能な構成オプションの概
略を示すものである。表の縦軸にそって、柔軟なトランシーバーにおいて利用可
能な典型的な8つの無線受信器420のそれぞれがリストされている。その一方
、横軸にそって、8つのタイムスロットが示されている。各タイムスロットにお
ける各無線受信器420の割当ては、表に示すようになる。
【0029】 ここで、第一のタイムスロット(TS0)の間、8つの無線受信器の全ては、
ランダム接続チャネル(RACH)をサポートするように基地局によって割り当
てられている。当業者に理解されるであろうように、新たな移動端末のセルへの
イントロダクション(または、セルの境界内での新たな呼の入力)は、チャネル
がシステムへのアクセス要求のために移動端末により利用されるRACH上での
、新たな移動端末による送信の有無を検波することにより決定され得る。アクセ
スを希望する移動体ユニットは、RACH上で短いアクセスバーストを基地局へ
送信する。ネットワークコントローラーは、基地局からのこの情報を受信し、空
き音声チャネルを移動局へ割り当てる。さらに、移動端末が新しいチャネルに同
調できるように基地局を通じて移動端末へチャネル識別を送信する。移動端末の
位置決定の問題があれば、この典型的な実施形態は、この機能をサポートするた
めに全ての利用可能な無線受信器420をRACHタイムスロットの間に割り当
てる。本発明の別の実施形態によれば、以下に詳述されるように、本発明に対応
した柔軟なトランシーバーは、RACHメッセージの並列スキャニング及び復号
をより少ない無線受信器を利用して実行することができる。
【0030】 次のタイムスロット(TS1)では、二つの移動端末が柔軟なトランシーバー
によってサポートされる。特に、移動端末MS1は無線受信器420の4つをM
S1方向のアンテナビームへ接続することにより受信され、一方、移動端末MS
2は、MS2の方向のアンテナビームと無線受信器420を接続することにより
受信される。TS2は、MS3−MS6の4つの移動端末のそれぞれが二つの無
線受信器420によってサポートされる、別の可能性を示す。これは、例えば、
セクタアンテナが無線受信器に接続されており、標準受信ダイバーシチが採用さ
れる場合に生ずる。また、もし移動端末が、十分なリンク品質及びトラッキング
を二つの狭ビームを利用して実現するのに十分な期間接続されているなら、この
構成は、アダプティブアンテナ素子を利用した操作の為に柔軟なトランシーバー
が構成される場合に採用される。
【0031】 タイムスロットTS3では、唯一の無線受信器420が各接続に利用される。
これは、例えば、RLL端末の比較的静的な性質によりダイバーシチ利得が無視
されるような前記のRLLモードにおいて操作する場合に、柔軟なトランシーバ
ーの可能な構成を示すものである。タイムスロットTS4は、異なるサービスサ
ポートの合成がまた、本発明に対応した柔軟なトランシーバーを利用して可能で
あることを示すために、TS1とTS2の受信器割当手法の合成を示す。
【0032】 本発明に対応したトランシーバーに関連した柔軟性は、特定の機能を実行する
ために必要なハードウェアの量を削減する機会を与える。例えば、アンテナアレ
ーをトランシーバと共に利用する場合、遠隔端末がシステムアクセスを要求する
際に、その位置をすばやく正確に見積もれることが望ましい。この位置見積もり
は、アンテナアレーによってサポートされる狭ビームのどれが接続のサポートの
為に利用されるべきかを決定するために利用される。従来、アレーアンテナを利
用した位置見積もりは、アレーにおいてその専用の無線受信器に固定的に接続さ
れた各ビームによって実行された。そして、遠隔端末が送信器へ、例えばRAC
H上のアクセスバースト、を送信すると、バーストに関連する1以上の特性、例
えば信号強度、を決定できる。それと同時に、1以上の無線受信器でそこに送信
された情報を取得するためにアクセスバーストを復号できる。当業者には自明な
ように、既知のいかなるDOA(direction of arrival)アルゴリズムも、遠隔
端末の位置の見積もり、及びトラヒックチャネルを扱うための適切なビーム若し
くはビーム群の選択のために利用することができる。
【0033】 しかしながら、このアプローチは各アンテナビームに専用無線受信器を必要と
するという障害を有する。アンテナビームが増加するに従い、トランシーバーユ
ニットのサイズ、コスト、複雑さも増すことになる。
【0034】 前記の典型的な実施形態において記載した柔軟なトランシーバーを使用するの
で、遠隔端末の位置決定の為のスキャンに必要とされる無線受信器の数を削減す
ることができる。GSMシステムにおいて動作する図7に示す典型的なトランシ
ーバーを考えてみる。そこでは同じ引用番号が、図4に関連して記載されたもの
と同一の素子を引用するために使用されている。この典型的なトランシーバーは
、アクセスバーストを受信し復号し、かつ、遠隔端末の位置決定の為に複数のビ
ームをスキャンするための4つの無線受信器420を有する。これらの目的を並
列に達成するためには、各セクタアンテナ450と接続するために、二つの無線
受信器420(即ち、RX1Aと1B)がアンテナ交換器490を介して選択的
にコントロールユニット430によって切替えられる。これらの受信器は、RA
CH上で遠隔端末によって送信されるアクセスバースト内の情報を取得するため
に、受信信号をコントロールユニット430のユニット700によって復号の為
に処理する。より詳細には、典型的な8ビームアレーでは、第一の時間ピリオド
で無線受信器RX2A及び2Bがビーム1及び2と接続され、第二の時間ピリオ
ドで無線受信器RX2A及び2Bがビーム3及び4と接続され、第三の時間ピリ
オドで無線受信器RX2A及び2Bがビーム5及び6と接続され、第四の時間ピ
リオドで無線受信器RX2A及び2Bがビーム7及び8と接続される。このシー
ケンスが反復され、図8に示すように、これらの二つの無線受信器が周期的に各
アンテナをポールする。
【0035】 時間ピリオドにおいて、無線受信器がアンテナビームへ接続される時、受信器
は1以上の信号特性を抽出する(もしくはビーム選択ユニット710に抽出を可
能とする)ために受信信号を処理する。当該特性は下記のビーム選択ユニット7
10による後続の評価のためにバッファ、即ち記憶装置(不図示)に格納される
。特定の特性をバッファに格納した後は、無線受信器は指定されたシーケンスの
次のアンテナビームへ切替えられる。
【0036】 無線伝搬の性質により、遠隔端末により送信されるアクセスバーストはトラン
シーバーにRACHフレーム構造よりもいくらか遅く到達するが、この遅延は通
常アクセス遅延と呼ばれる。このように、アクセスバーストの受信は、アンテナ
アレーのビームへの反復的な接続のために割り当てられる無線受信器のスキャニ
ングシーケンスの開始と一致しなくてもよい。この可能性はまた図8にもまた反
映されており、アクセスバーストはt時間において受信されるものとして示さ
れ、無線受信器RX2A及び2Bがアンテナ素子3及び4へ接続されている間に
発生する。しかしながら、無線受信器がアンテナ素子に接続されている周期の長
さは、いつアクセスバーストが受信されたかに関係なく、全てのアンテナビーム
がアクセスバーストが終了する前にポールされるように選択される。
【0037】 アクセス遅延は、例えば、アクセスバースト内で送信され、復号のために格納
される同期ワードを認識することにより、トランシーバーによって決定される。
さらに、アクセス遅延はまた、本発明において適当な特性をバッファから検索し
、トラヒックチャネルをサポートするために選択されるべきビームを決定するた
めに利用される。このように、ビーム選択ユニット710は、アクセス遅延を復
号器700から受信し、時間tからtの間にアンテナビーム1から8が受信
した信号に基づき格納された、バッファされている特性を選択するためにこの情
報を利用する。そして、ビーム選択器710は、後の通信のサポートに適切なビ
ームを識別するために、そのDOAアルゴリズムを検索した特性に適用する。
【0038】 本発明の典型的な実施形態に関連する方法は、図9のフローチャートに示され
る。この方法はGSMシステムにおけるオペレーションと関連して特徴付けられ
るが、当事者はいかなるシステムにも適用できることを理解するであろう。遠隔
端末アクセスバーストを送信する、ブロック900で処理が開始される。GSM
において、このアクセスバーストはRACHを介してビーコン周波数で送信され
る。このアクセスバーストは、セクタアンテナで受信され、復号される。同時に
、アンテナのビームはスキャンされ、バッファに格納される。次に、ブロック9
05では、復号機能がDOAアルゴリズムに復号ビットと同様にアクセス遅延を
与える。そして、DOAアルゴリズムは最適ビーム、すなわちブロック910に
おいて遠隔端末をもっとも正確に指し示すものを選択するために利用される。上
述のように、これはアクセス遅延を利用してバッファからの情報をスキャニング
する正しいビームの検索を含むものである。トランシーバーは、ブロック912
においてトラヒックチャネル割り当てを遠隔端末へ送信し、遠隔端末は受領メッ
セージを返す。ステップ914における受領信号の受信はまた、アンテナアレー
をスキャニングし、数値化された特性に関する付加的データをDOAアルゴリズ
ムへ送信することにより、ステップ910におけるビーム選択をさらに強化する
ために利用される。最後に、例えば、狭ビームをダウンリンクにおいて利用し、
追跡処理を実行するためにアップリンクにおいて4つの無線受信器を利用するこ
とにより、接続がトラヒックチャネルへ切り替わる。
【0039】 前述の典型的な実施形態は、呼のセットアップにおいて復号、スキャニングを
並列に実行する技術を記載したものである。しかしながら、類似の技術はハンド
オフにおいても適用が可能である。主要な違いは、遠隔端末は接続の中心にある
ので、ハンドオフ信号が、呼のセットアップにおける制御チャネルやビーコン周
波数よりも、トラヒックチャネルを介して実行されるという事実に起因する。こ
れは、新しい基地局、すなわちハンドオフの後の接続をサポートする基地局は、
遠隔端末の位置を見積もるためにそのアンテナアレーのビームが同時にスキャン
されるように、セクタアンテナ上の遠隔端末によって送信されたハンドオフ信号
を復号しなければならないことを意味する。例えば、新しい基地局は、二つの無
線受信器がセクタ全体のアンテナアレーをスキャンするために必要な時間量であ
るところの4つのTDMAフレームのウィンドウを介して、遠隔端末からのハン
ドオフ信号を復号し、合成することができる。
【0040】 しかしながら、トランシーバーにセクタアンテナを使ってトラヒックチャネル
上のハンドオフ信号を復号することを要求するには、例えば、GSMに対応して
デザインされたシステムなどで通常得られるよりも大きな信号利得が必要である
。このように本発明の典型的な実施形態に従えば、遠隔端末に第一のいくつかの
ハンドオフアクセスバーストを、増幅(例えば6dB)パワーとともに狭ビーム
アンテナ利得を補償するために送信するように命令(前もってプログラム)する
ことができる。
【0041】 他の実施形態においては、ハンドオフにおけるアクセスバーストを受信し、移
動端末の方向を決定することの両方に狭ビームを利用してもよい。図10に示さ
れているように、狭ビームは二つのグループ、すなわち、ビーム1、3、5、7
及びビーム2、4、6、8に分割される。基地局は最初にビーム1、3、5、7
を第一のタイムスロットで受信し、次のタイムスロットでビーム2、4、6、8
を受信する。ハンドオーバーアクセスバーストは繰り返されるので、アンテナア
レーの全体のアンテナ利得は2以上の連続的バーストを合成した結果から得るこ
とができる。
【0042】 上述のように、本発明に対応した柔軟なトランシーバーは、少なくとも一部で
符号に基づいてチャネル化が行われるシステムにおいて類似の用途を見出すもの
である。例えば、あるCDMAシステムにおいて、高データレートを提供するた
めに多重チャネル化符号を利用する移動局へ信号送信することは便利であり、そ
の機能は上述の典型的な実施形態の方法によって容易になされる。さらに、ある
CDMAシステムでは、基地局の送信範囲内で、例えば地理的に割り当てられた
多重符号グループを利用してもよい。その状況下では、上述のようにシステムア
クセスの間に移動局の位置を決定する能力のある柔軟なトランシーバーはまた、
決定された位置に基づいた複数のグループのうちの一つから符号を割り当てるこ
とができる。さらに、移動端末への送信が、例えば、移動局があるビームのカバ
ーエリアから柔軟なトランシーバーに関連する別のところへ移動するときのよう
な、最初に第一の拡散/スクランブル化符号を利用して行われ、そして第二の拡
散/スクランブル化符号によって行われるところの符号ハンドオフはまた、上述
の制御及び交換機能によって容易に行われる。一以上の時間及び周波数に加えて
可能な、符号がチャネルアクセスの要素であるところの他の変形は、当業者には
自明である。
【0043】 上述の典型的実施形態は、本発明の全ての側面を示すことを意図したものであ
り、制限的なものではない。このように、本発明は詳細な実施における多くの変
形が可能であり、それは当業者がここに包含される記載から導出可能なものであ
る。そのようなすべての変形及び修正は、特許請求の範囲によって定められる本
発明の範囲及び精神の内にあるとみなされる。
【図面の簡単な説明】
本発明の前記目的、特徴、及び利点は、他の特徴と同様、図面と関連づけて以
下の詳細な説明を参照することにより容易に理解されるであろう。
【図1】 複数の基地局及び移動電話交換局を包含する従来の無線通信システムを示す図
である。
【図2】 固定ビーム生成処理器を有するフェーズアレーを利用した従来の基地局を示す
図である。
【図3】 従来のアダプティブフェーズアレーを利用した基地局のブロック図である。
【図4】 本発明の典型的な実施形態対応した、固定ビーム生成回路及びセクタアンテナ
を有するフェーズアンテナアレーを利用した柔軟な基地局トランシーバーを示す
図である。
【図5a】 図4に示すトランシーバーのための典型的な交換構成を示す図である。
【図5b】 図4に示すトランシーバーのための別の典型的な交換構成を示す図である。
【図6】 本発明の典型的な実施形態に対応した、複数のタイムスロットを介した異なる
遠隔局への無線受信器の割当を示す図である。
【図7】 本発明の典型的な実施形態に対応した、並列に復号及びスキャニングを実行す
るように構成されたトランシーバーを示す図である。
【図8】 本発明の典型的な実施形態に対応したアクセスバーストの受信とアンテナ素子
の間の時間関係を示す図である。
【図9】 本発明の典型的な実施形態に対応した、並列の復号及びスキャニングを示した
フローチャートである。
【図10】 本発明の典型的な実施形態に対応した、固定狭ビームを二つのグループに分割
する方法を示した図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年6月30日(2000.6.30)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04Q 7/38 (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,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,UZ,VN,YU,ZA,Z W (72)発明者 ウィデン, ジョニー スウェーデン国 メルンダール エス− 431 63, スヴァネガタン 1 (72)発明者 ダム, ヘンリック デンマーク国, チェペンハムン ケイ 1427, ブロベリスガデ 3 (72)発明者 カールッソン, ヨナス 日本国神奈川県横浜市 236−0012 金沢 区 柴町391 マリンシティーB−1305 Fターム(参考) 5K067 AA02 AA03 AA11 BB04 BB08 CC02 CC04 CC10 EE10 EE16 KK03

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一の移動端末を伴う通信基地局であって、 前記少なくとも一の移動端末からの信号を受信するためのアンテナ設備であっ
    て、第一若しくは第二のタイプのいずれかであるアンテナ設備と、 前記信号に信号処理タスクの第一のセットを施すための受信処理回路と、 信号処理タスクの第二のセットを施す処理器であって、前記信号処理タスクの
    第二のセットが、前記アンテナ設備を前記第一又は第二のタイプのいずれである
    かに基づいて選択する処理器と を備えることを特徴とする基地局。
  2. 【請求項2】 前記アンテナ設備がさらに複数のアンテナ素子を備え、前記受信
    処理回路がさらに複数の受信処理素子を備え、かつ前記基地局がさらに、 前記複数のアンテナの少なくとも一つを、前記処理器からの制御信号に基づい
    て前記複数の受信処理素子の一つと選択的にカップリングするための交換器を備
    えることを特徴とする請求項1に記載の基地局。
  3. 【請求項3】 前記複数のアンテナ素子と前記交換器を接続するビーム生成器を
    さらに備えることを特徴とする請求項2に記載の基地局。
  4. 【請求項4】 前記第一のタイプのアンテナ設備が複数のセクタアンテナであり
    、前記第二のタイプのアンテナ設備がアンテナアレーであることを特徴とする請
    求項1に記載の基地局。
  5. 【請求項5】 前記第一のタイプのアンテナ設備が、複数のセクタアンテナであ
    り、かつ、前記第二のタイプのアンテナ設備がアンテナアレーであることを特徴
    とする請求項2に記載の基地局。
  6. 【請求項6】 前記第一のタイプのアンテナ設備が、複数のセクタアンテナであ
    り、かつ、前記第二のタイプのアンテナ設備がアンテナアレーであることを特徴
    とする請求項3に記載の基地局。
  7. 【請求項7】 信号処理タスクの前記第一のセットが無線周波数ダウンコンバー
    ティングを包含することを特徴とする請求項1に記載の基地局。
  8. 【請求項8】 信号処理タスクの前記第一のセットが無線周波数ダウンコンバー
    ティングを包含することを特徴とする請求項2に記載の基地局。
  9. 【請求項9】 信号処理タスクの前記第一のセットが無線周波数ダウンコンバー
    ティングを包含することを特徴とする請求項3に記載の基地局。
  10. 【請求項10】 信号処理タスクの前記第二のセットがチャネルフィルタリング
    、復調及び復号を包含することを特徴とする請求項1に記載の基地局。
  11. 【請求項11】 無線通信システムにおける基地局を再構成するための方法であ
    って、 前記基地局に複数の受信処理回路及び複数の送信処理回路を提供する工程と、 前記複数の受信処理回路に遠隔局からの受信信号を扱うために、はじめに第一
    のナンバーを割り当て、前記基地局から前記遠隔局への信号の送信を扱うために
    前記複数の送信処理回路に第二のナンバーを割り当てる工程と、 前記受信信号を、前記第一のナンバーの前記複数の受信処理回路を使って処理
    し、かつ、前記送信信号を、前記第二のナンバーの前記複数の送信処理回路を使
    って処理する工程と、 第三のナンバーの前記受信処理回路が前記遠隔局から受信した信号を扱い、第
    四のナンバーの前記複数の送信処理回路が前記基地局から前記遠隔局への信号の
    送信を扱うように前記配置を変更する工程と、 前記受信信号を前記第三のナンバーの前記複数の受信処理回路を使って、かつ
    前記送信信号を前記第四のナンバーの前記複数の送信処理回路を使って後に処理
    する工程と を備えることを特徴とする方法。
  12. 【請求項12】 前記配置の前記変更工程が、前記基地局と前記遠隔局の接続の
    間で発生することを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 【請求項13】 前記処理工程がさらに、前記遠隔局の位置を見積もる工程を備
    えることを特徴とする請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項14】 前記第一のナンバーが、前記第三のナンバーより大きく、かつ
    、前記第二のナンバーが前記第四のナンバーよりも大きいことを特徴とする請求
    項12に記載の方法。
  15. 【請求項15】 前記配置の変更工程が、前記基地局によってサポートされるト
    ラヒック負荷に反応して生ずることを特徴とする請求項12に記載の方法。
  16. 【請求項16】 前記配置の前記変更方法が、接続の間で生ずることを特徴とす
    る請求項11に記載の方法。
  17. 【請求項17】 基地局であって、 複数の受信処理回路と、 複数の送信処理回路と、 複数のアンテナ素子と、 受信処理回路をアンテナ素子へ、かつ、送信処理回路をアンテナ素子へ選択的
    に接続する交換手段と、 前記交換手段へ制御信号を送信するためのコントロールユニットであって、前
    記コントロールユニットがまず、第一のナンバーの受信処理回路及び第二のナン
    バーの送信処理回路を、前記基地局によってサポートされている第一の無線接続
    へ割り当て、かつ、その後に第三のナンバーの受信処理回路及び第四のナンバー
    の送信処理回路を第二の接続に割り当てるコントロールユニットと を備えることを特徴とする基地局。
  18. 【請求項18】 前記第一、及び第二の無線接続が同一の接続であることを特徴
    とする請求項17に記載の基地局。
  19. 【請求項19】 前記第一のナンバーが前記第三のナンバーより大きく、前記基
    地局が前記第一の接続と関連する遠隔局の位置を見積もることができることを特
    徴とする請求項18に記載の基地局。
  20. 【請求項20】 前記コントロールユニットが、前期第四のナンバーの送信処理
    回路と、前記見積られた位置に基づいたアンテナ素子と接続するために、前記交
    換手段へ制御信号を送信することを特徴とする請求項19に記載の基地局。
  21. 【請求項21】 前記コントロールユニットがシステム負荷の変化に基づいて前
    記後の割当てを行うことを特徴する請求項17に記載の基地局。
  22. 【請求項22】 前記コントロールユニットが前記初期割当を行うことを特徴と
    する請求項17に記載の基地局。
  23. 【請求項23】 無線通信システムにおいて遠隔端末の位置を見積もるための方
    法であって、 (a) 複数のアンテナ素子それぞれの前記遠隔端末からの送信を受信する工程
    と、 (b) 前記複数のアンテナ素子のうちの少なくとも一つと関連する前記受信し
    た送信の特性を生成するために、無線信号処理ユニットを前記複数のアンテナ素
    子のうちの前記少なくとも一つと接続する工程と、 (c) 前記特性をバッファリングする工程と、 (d) 前記複数のアンテナ素子のうちの別の少なくとも一つと関連する前記受
    信した送信の特性を生成するために、前記無線信号処理ユニットが前記複数のア
    ンテナ素子のうちの前記別の少なくとも一つと接続されるように、前記無線信号
    処理ユニットを切り替える工程と を備えることを特徴とする方法。
  24. 【請求項24】 前記複数のアンテナ素子が分散アンテナからなることを特徴と
    する請求項23に記載の方法。
  25. 【請求項25】 前記複数のアンテナ素子がアンテナアレーの一部であり、前記
    無線信号処理ユニットが前記複数のアンテナ素子へビーム生成器を介して接続さ
    れ、前記特性がビームの特性であることを特徴とする請求項23に記載の方法。
  26. 【請求項26】 無線通信システムにおける復号及びスキャニングのための方法
    であって、 少なくとも一のセクタアンテナ上の遠隔端末からのバーストを受信する工程と
    、 復号データを得るために前記バーストを復号する工程と、 アレーと関連する複数のアンテナビーム上の前記同一のバーストを受信する工
    程と、 無線受信器を前記バーストが受信されている時間周期の間に前記複数のアンテ
    ナビームと反復的に接続する工程であって、前記バーストと関連する特性が前記
    複数のアンテナビームのそれぞれのために決定される工程と、 前記決定された特性を前記遠隔端末の位置を見積るために利用する工程と を備えることを特徴とする方法。
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