JP2003514431A - アンテナのアレイを使用したｃｄｍａシステム内でのダウンリンク信号処理 - Google Patents

アンテナのアレイを使用したｃｄｍａシステム内でのダウンリンク信号処理

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、加入者ユニット（ＳＵ）に情報を伝送するために複数のＢＳを含むセルラー通信システム内で第１基地局（ＢＳ）を動作させるための方法である。情報は、第１ＢＳからＳＵに送信されるダウンリンク信号内に含まれる。第１ＢＳは、ダウンリンク信号をＳＵに送信するために使用されるアンテナのアレイを含む。各アンテナは、ダウンリンク信号を処理することによって、そのアンテナについてアンテナ信号を生成する信号処理回路に結合される。処理は、アンテナのアレイ内の個々のアンテナ上で送信される個々の信号を生成する際に使用される重みセットに基づく。重みセットは、前記アンテナのアレイに対する前記ＳＵの場所に基づく。セルラー・システムは少なくとも１つのプロトコルを含み、ＳＵはその中で、第１ＢＳがパイロット・ダウンリンク信号を送信したときＳＵによって検出される信号強度を表すレポート信号を生成する。本発明の方法は、ＢＵから複数のパイロット・ダウンリンク信号をＳＵに送信することにより、ＳＵと通信する際に使用される重みセットを決定し、各パイロット・ダウンリンク信号は、他のパイロット・ダウンリンク信号を処理するために使用されるものと異なる重みセットで処理される。パイロット・ダウンリンク信号のそれぞれについて受信されるレポート信号が比較され、どの重みセットを使用してダウンリンク方向で通信するべきか決定する。本発明の方法は、ＩＳ−９５規格など既存のＣＤＭＡセルラー規格内で実施することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、ワイヤレス通信システムの分野に関し、より具体的には、ＣＤＭＡ
を基礎とするデジタル・セルラーおよび類似のシステム内で雑音および干渉を低
減するために、複数要素アンテナ・アレイを使用する通信システムによって使用
される適切な通信パラメータを決定するための方法に関する。
【０００２】 （発明の背景） セルラー電話システムの成功により需要が高まっている。この需要の高まりを
満たすために必要とされる通信帯域幅を提供するために、単一の周波数帯内でい
くつかの会話を同時に行うことができる技術が開発されている。時分割多元接続
（ＴＤＭＡ）では、各通信周波数が「時間スロット」に分割され、各時間スロッ
トが別々の会話に使用される。第２の技術は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：co
de devision multiple access）に依拠して、所与の通信周波数を共用できるユ
ーザの数を増やしている。そのようなシステムでは、各ユーザが、その通信周波
数の他のユーザによって使用される符号と直交する、またはほぼ直交する符号で
、自身の送信を符号化する。その結果、通信帯域がいくつかの別々のチャネルに
分割され、情報を同時に送信することができる。所与の通信周波数を共用できる
チャネルの最大数は、各チャネル内の干渉および雑音のレベルに応じて決まる。
【０００３】 各チャネルが経験する干渉および雑音のかなりの部分は、その通信周波数の他
のユーザからの送信など地理的に局所化された伝送から生じる。理想的な場合で
は、チャネルが完全に分離され、したがって、１つのチャネル内の伝送が他のチ
ャネル内に「漏れ」ないはずである。ＣＤＭＡの場合では、チャネル絶縁度は、
伝送を符号化するために使用される符号の特性に応じて決まる。互いに「直交す
る」符号は、互いに漏れないチャネルを実現する。残念ながら、数学的に直交す
る符号を使用した場合でも、商業的に可能な装置上でこれらの符号を実施するこ
と、および伝播環境の分散特性が、いくらかのチャネル間漏れを引き起こす。そ
の結果、不完全な電子回路と伝播環境が、完全に直交する符号さえも単にほぼ直
交する符号に変える。
【０００４】 チャネル間漏れを低減するための一方法は、適応スマート・アンテナ処理を使
用して、重要な信号源に対して地理的に明確な場所にある干渉および雑音源を弁
別することである。適応スマート・アンテナ処理は、アンテナのアレイを適応信
号処理と共に使用し、重要なセルラー・ユーザから地理的に分離されている干渉
源からの明らかな信号強度を減少させる一方、そのユーザからの信号を高める。
同じ周波数上で異なる符号によって送信している２人のＣＤＭＡユーザを考える
。上記のように、各ユーザの信号は、他方のユーザの通信チャネル内に「漏れ」
る。十分な距離でユーザが互いに分離され、アンテナ複合体が適応スマート・ア
ンテナ処理を使用している場合には、チャネル間漏れを低減する空間的に選択的
な形で送受信するようにセルを構成することができる。そのようなシステムでは
、基地局（ＢＳ）が、第１ユーザに信号を送信するときそのユーザにその信号を
向けるように、かつ、そのユーザの場所から優先的に信号を受信するようにアン
テナ複合体を構成する。送受信パターンもまた、第２ユーザの場所でヌル（ｎｕ
ｌｌ）領域があるように選択される。すなわち、ＢＳが第１ユーザに送信してい
るときには、第２ユーザの場所で受信される伝送エネルギーが、第１ユーザの場
所で受信されるものよりはるかに低い。同様に、ＢＳが第１ユーザをリッスンす
るように構成されているときは、第２ユーザの明らかな信号強度が著しく減少す
る。したがって、第２ユーザの信号が第１ユーザのチャネル内に多少漏れた場合
でも、第２ユーザの信号の明らかな強度が減少しているため、漏れは強度が著し
く減少する。
【０００５】 適応スマート・アンテナ処理の一形態は、線形適応スマート・アンテナ処理と
呼ばれる。線形適応スマート・アンテナ処理システムでは、まずアレイ内の各ア
ンテナからの信号が増幅され、位相シフトされる。次いで、セル内の特定の場所
からの信号を高める一方、他の場所からの信号を減衰させる「仮想」アンテナに
よって生成されたように見ることができる信号を形成するために、得られた信号
が足し合わされる。増幅率および位相シフトが、仮想アンテナの受信パターンを
決定する。同様に、アンテナのそれぞれに加えられる信号から、増幅された、か
つ位相シフトされた信号を生成することにより、信号をセル内で局所化された領
域に優先的に発することができる。
【０００６】 各ユーザは異なる場所にいる可能性があるため、１組のパラメータが各ユーザ
に関連付けられる。これらのパラメータは、そのユーザと通信する際に位相シフ
トおよび増幅率を決定する。このパラメータ・セットは、ＢＳからセルラー・ユ
ーザに通信する際に使用するための位相シフトおよび増幅率の「ダウンリンク」
セットと、セルラー・ユーザからＢＳに通信する際に使用するための位相シフト
および増幅率の「アップリンク」セットとを定義する。一般に、これらのパラメ
ータは、各ユーザについて、そのユーザにとって最良の信号品質が得られるセッ
トのために可能な位相シフトおよび増幅の空間を探索することによって「実験的
に」決定することができる。ユーザと干渉源は移動し、環境は時間と共に変化す
るため、この過程は規則的な間隔で繰り返さなければならない。
【０００７】 ＣＤＭＡを使用するデジタル・セルラー・ユニットにはかなりの投資をする。
したがって、セルラー・ユーザが新しい装置を入手することも、既存のセルラー
電話をプログラムすることも必要とすることなく、そのようなシステムに適応ス
マート・アンテナ処理の利益を付加することが有利であろう。理想的には、追加
容量を必要とするＢＳだけ、アンテナ・アレイおよび関連する信号処理ハードウ
ェアを導入することによって変える必要があろう。したがって、既存のＣＤＭＡ
システムを、組み合わされたＣＤＭＡ−適応スマート・アンテナ処理システムに
発展させる方法は、既存のセルラー・ハンドセット内に新しい機能を必要とする
べきではない。
【０００８】 セルラー・ユーザから信号を受信するためのアップリンク・パラメータは、セ
ルラー・ユーザを必要とすることなく決定することができる。たとえば、アップ
リンク・パラメータは、当ユーザにとって最良な受信が得られる位相シフトおよ
び増幅率のセットを探索することによって、ＢＳ部で決定することができる。Ｂ
Ｓ部で受信される信号を最適化する位相シフトおよび増幅率を決定するために、
いくつかの方法が知られており、したがって、これらの方法についてここでは詳
しく論じない。読者は、セルラー・ユーザから信号が到着する方向を使用する方
法に基づく、Ｒｏｙ等の「ＳＰＡＴＩＡＬ ＤＩＶＩＳＩＯＮ ＭＵＬＴＩＰＬ
Ｅ ＡＣＣＥＳＳ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴ
ＥＭＳ」という名称の米国特許第５，５１５，３７８号および第５，６４２，３
５３号を参照されたい。Ｂａｒｒａｔｔ等の「ＳＰＥＣＴＲＡＬＬＹ ＥＦＦＩ
ＣＩＥＮＴ ＨＩＧＨ ＣＡＰＡＣＩＴＹ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＣＯＭＭＵＮＩ
ＣＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国特許第５，５９２，４９０号
、およびＯｔｔｅｒｓｔｅｎ等の「ＳＰＥＣＴＲＡＬＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ
ＨＩＧＨ ＣＡＰＡＣＩＴＹ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯ
Ｎ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＳＰＡＴＩＯ−ＴＥＭＰＯＲＡＬ ＰＲＯＣＥ
ＳＳＩＮＧ」という名称の第５，８２８，６５８号は、それぞれ空間的および時
空的特徴（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）に基づく方法について述べている。Ｂａｒｒａ
ｔｔ等の「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＤＥＣＩＳＩ
ＯＮ ＤＩＲＥＣＴＥＤ ＤＥＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ ＡＮＴＥＮ
ＮＡ ＡＲＲＡＹＳ ＡＮＤ ＳＰＡＴＩＡＬ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」という
名称の米国特許第５，９０９，４７０号は、判定指向基準信号を基礎とする方法
について述べている。これら特許は、参照により本明細書に組み込む。
【０００９】 ＢＳからセルラー・ユーザへの通信が、そのユーザからＢＳへの通信と同じ周
波数で行われる場合には、ダウンリンク・パラメータをアップリンク・パラメー
タから容易に計算することができる。この計算はまた、信号増幅経路内の様々な
電子構成部品、およびアンテナの特性に関する較正データを必要とする。残念な
がら、ＩＳ−９５規格に従うＣＤＭＡシステムは、各ユーザとのダウンリンク通
信とアップリンク通信について異なる周波数を使用する。その結果、最適なダウ
ンリンク・パラメータは一般に、セルラー・ハンドセットがいくらか関係するこ
となく容易に決定することはできない。
【００１０】 一般に、本発明の目的は、適応スマート・アンテナ処理−ＣＤＭＡセルラー電
話システムを動作させてダウンリンク信号処理パラメータを決定するための改善
された方法を提供することである。
【００１１】 本発明の他の目的は、新しい機能を既存のＣＤＭＡセルラー・ハンドセットに
追加することを必要とすることなく、ダウンリンク信号処理パラメータを決定す
るための方法を提供することである。
【００１２】 本発明のこれらおよび他の目的は、以下本発明の詳細な説明および添付の図面
から当業者には明らかになろう。
【００１３】 （発明の概要） 本発明は、加入者ユニット（ＳＵ）に情報を伝送するために複数のＢＳを含む
セルラー通信システム内で第１基地局（ＢＳ）を動作させる方法である。情報は
第１ＢＳからＳＵに送信されるダウンリンク信号内に含まれる。ＢＳはダウンリ
ンク信号をＳＵに送信するために使用されるアンテナのアレイを含む。各アンテ
ナは、ダウンリンク信号を処理することによって、そのアンテナについてアンテ
ナ信号を生成する信号処理回路に結合される。処理は、アンテナのアレイ内の個
々のアンテナで送信される個々の信号を生成する際に使用される重みセットに基
づく。重みセットは、アンテナのアレイに対するＳＵの場所に基づく。セルラー
通信システムは少なくとも１つのプロトコルを含み、ＳＵはその中で、第１ＢＳ
がパイロット・ダウンリンク信号を送信したときＳＵによって受信される信号品
質を表すレポート信号を生成する。本発明の方法は、ＳＵに対応する重みセット
を決定するための方法を含む。本発明の方法では、第１ＢＳが複数のパイロット
・ダウンリンク信号をＳＵに送信し、各パイロット・ダウンリンク信号は、他の
パイロット・ダウンリンク信号を処理するために使用されるものと異なる重みセ
ットで処理される。ＳＵによって生成されるレポート信号は、パイロット・ダウ
ンリンク信号の少なくとも２つについて受信される。重みセットは、受信された
レポート信号の比較に基づいてＳＵに割り当てられる。本発明の一実施態様では
、パイロット・ダウンリンク信号のうち第１のものが第１識別子を含み、第２の
パイロット・ダウンリンク信号は、前記第１識別子と異なる第２識別子を含む。
第１および第２識別子は第１および第２ＢＳを識別する。その際、第２基地局は
、第１基地局によって送信され、第２識別子を含むパイロット・ダウンリンク信
号が、第２ＢＳと現在通信しているＳＵと第２ＢＳとの間の通信に干渉しないよ
うにするために十分な距離だけ、第１基地局から離れていることが好ましい。ま
た、ハンドオフを重み決定と統合する本発明の実施態様も構築することができる
。そのようなシステムでは、ＳＵはまた、第２ＢＳから第３パイロット・ダウン
リンク信号を受信する。ＳＵは、第３パイロット・ダウンリンク信号の信号強度
を示すレポート信号の１つを生成し、第１ＢＳに送信する。第１ＢＳは、第１、
第２、第３パイロット信号についてレポートされた信号強度に基づいて、ＳＵを
第２ＢＳにハンドオフするかどうか判定する。本発明の方法は、ＩＳ−９５規格
など既存のＣＤＭＡセルラー規格内で実施することができる。
【００１４】 （発明の詳細な説明） 本発明がその優位に立つ様子は、図１を参照すればより容易に理解することが
できる。図１は、いくつかのセルラー・ユーザと通信するためにアンテナ・アレ
イ１１１を使用するＢＳの信号処理部分１１０のブロック図である。例示的なユ
ーザを１０１および１０２で示す。アンテナからの信号は、ＲＦ受信回路１１２
に結合される。「スイッチ」１３２は、アンテナを受信回路１１２に接続するか
、それとも送信回路１２２に接続するかを決定する。ＲＦ受信回路１１２は、ア
レイ１１１内の各アンテナからのＲＦ信号をアップリンクＲＦ周波数からダウン
コンバートし、ベースバンド信号をデジタル化して、各アンテナに受信信号プロ
セッサ１１３に同相および直角位相信号を提供し、これらの値をメモリ内に記憶
する。以下の考察では、ｉ番目のアンテナについて時間ｔでデジタル化された同
相信号はＩｉ（ｔ）で表し、直角位相信号はＱｉ（ｔ）で表す。ベースバンド信
号は、通常、オーバー・サンプリングして、デジタル化によって導入される誤り
が全体的な誤り率に著しく寄与しないようにする。
【００１５】 上記のように、受信信号プロセッサは、各ユーザについて、そのユーザによっ
て送信される信号をできるだけ多くの利得と共に最適に回復する一方、他のユー
ザおよび干渉をできるだけ拒絶する仮想信号を構築するプロセッサと見ることが
できる。受信信号プロセッサは、アンテナそれぞれからの信号の重み付けされた
総和を形成することによって各仮想信号を生成する。以下の考察で記法を単純化
するために、時間ｔでｉ番目のアンテナからの信号をｚｉ（ｔ）＝Ｉｉ（ｔ）＋
ｊＱｉ（ｔ）で表す。ここでｚｉ（ｔ）は、時間ｔでｉ番目のアンテナから生成
された同相および直角位相信号、それぞれＩｉ（ｔ）およびＱｉ（ｔ）から構築
される複素関数である。時間ｔでｎ番目のユーザについて構築される受信信号は
、
【数１】 によって得られる。ここで、係数ＲＷｎ，ｉは１組の複素受信重みであり、Ｍは
アレイ内のアンテナの数である。各重みは、アンテナ信号の１つに加えられる増
幅率および位相シフトに等しい。
【００１６】 上記のように、受信信号プロセッサは、受信重みを計算して、ユーザそれぞれ
の受信を最適化する。一般に、各ユーザの場所は時間と共に変化し、背景の干渉
源も同様であるため、重みは定期的に再計算しなければならない。
【００１７】 送信過程は、受信過程と同様である。個々の音声／データ信号は、各アンテナ
要素に送られる信号を生成する送信信号プロセッサ１２３に入力される。時間ｔ
でｍ番目のアンテナ信号は、
【数２】 によって得られる。ここで、係数ＴＷｍ，ｎは１組の複素送信重みであり、ＴＳ ｎ （ｔ）は、時間ｔでｎ番目のユーザに送信される信号である。Ｎ’は、発信チ
ャネルの数を表す。一般に、信号を受信すべきＳＵ当たり１つのそのようなチャ
ネルがある。さらに、以下で論じるパイロット・チャネルなど他のチャネルがあ
る可能性がある。次いで、アンテナ信号はダウンリンクＲＦ周波数にアップ変換
され、アンテナ・アレイ１１１から送信される。
【００１８】 上記のように、最適な伝送重み行列は、アップリンクＲＦ周波数とダウンリン
クＲＦ周波数が異なる場合、ユーザについてその組の受信重みから容易に計算す
ることができない。本発明では、所与のユーザの光伝送重みは、フィードバック
機構を使用して得る。ＢＳは、候補重みの様々なセットについて試み、ユーザか
ら、そのユーザによって受信された信号の品質に関するフィードバックを得る。
ＩＳ−９５ ＣＤＭＡ規格とそのより新しい修正に従うセルラー・システムでは
、本発明は、ユーザによって使用されている装置に変更を加えることを必要とす
る新しいプロトコルを導入することなく、重みを検査し、フィードバックを受け
取るための機構を提供する。
【００１９】 本発明の好ましい実施形態は、ハンドオフを行う際にＢＳを支援するためにセ
ットアップされるフィードバック機構を使用する。上記規格に従うセルラーＣＤ
ＭＡシステムは、電力制御およびハンドオフなどの動作のためにＳＵフィードバ
ックを使用する。ＳＵが新しいＢＳから適切な信号を受信しているようになるま
で、ＳＵを新しいＢＳにハンドオフすることができない。したがって、ＢＳがハ
ンドオフ判断をする際に支援するために、ＳＵが、各ＢＳから受信している信号
強度または信号品質をレポートするためのプロトコルが確立された。
【００２０】 これらの機構は、所定のパイロット・チャネル上で送信される信号を使用する
。たとえば、ＩＳ−９５ ＣＤＭＡ規格では、ＢＳが各活性な搬送波上で常にパ
イロット・チャネルを送信する。ＣＤＭＡ方式内でパイロット・チャネルを実施
するために使用される符号は、ＢＳを一義的に識別するＰＮシーケンス内に時間
オフセットを投入することにより、長いパイロット擬似雑音（ＰＮ）から生成さ
れる。
【００２１】 上記のように、ＣＤＭＡシステム内のハンドオフは、一般にＳＵによって支援
される。ＳＵは、１つまたは複数のＢＳの信号品質を測定し、これらの測定値を
、現在通信しているＢＳに測定値を報告することができる。信号品質の可能な測
定は数多い。本発明は、信号品質測定の特定の選択に基づかない。当業者に周知
の信号品質測定の例は、雑音プラス干渉スペクトル密度で除した１ビット当たり
エネルギー（Ｅｂ／Ｎ０）、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）、信号対干渉電力比
（ＳＩＮＲ）、ビット誤り率を含む。ＳＵ測定および測定レポートは、自律的に
、またはＢＳの要求で行うことができる。
【００２２】 本発明の好ましい実施形態は、通常所与のＢＳに関連しないパイロットを使用
して、そのＢＳ部で最適な伝送重みを決定するために必要なフィードバックを提
供することにより、新しい形で既存のＳＵフィードバック機能を使用する。以下
の考察を単純化するために、本発明について、ＩＳ−９５ ＣＤＭＡエア・イン
ターフェース規格を使用する実施の点から述べる。以下の考察から当業者には、
本発明の教示から逸脱することなく、他の標準フィードバック・プロトコルを使
用することもできることが明らかになろう。
【００２３】 上述の規格は、パイロット測定要求命令メッセージ（ＰＭＲＯＭ）と呼ばれる
プロトコルを実施する。ＢＳがパイロット・チャネル上でＰＭＲＯＭを送信した
とき、ＳＵは、そのＳＵ部で測定された、ＰＭＲＯＭ内で識別されるパイロット
・チャネルの信号強度の測定値を含むパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ
）で応答する。本発明では、各アンテナについて振幅および位相成分からなる伝
送重みの特定セットを使用して、当パイロット・チャネル上でＢＳ信号を送信す
る。これら重みは、ＳＵにその測定を完了させるために十分な時間の間、維持し
なければならない。図１を再度参照すると、ＢＳは、アンテナ・アレイ内のアン
テナそれぞれに供給されるパイロット信号を生成するパイロット信号プロセッサ
１４１を含むことが好ましい。次いで、通信しているＳＵは、伝送重みプロセッ
サ１４２によって受信されるパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）で応答
する。ＢＳは、通信しているＳＵからのＰＳＭＭに注目し、次いで異なるセット
の伝送重みでＰＭＲＯＭを繰り返す。ＢＳはまた、同じ伝送重みセットで複数の
ＰＭＲＯＭを送信し、信号品質または信号強度測定の時間平均を得ることができ
る。好ましくは、ＢＳは伝送重みの検査セットすべてを循環するが、ＢＳは、部
分的な重みセットに基づいて判断することもできる。ＢＳは、伝送重みの検査セ
ットすべてを循環し、通信しているＳＵすべてから測定情報を受信した後で、Ｂ
Ｓから各ＳＵに信号を送信するために最良な伝送重みを決定する。ＢＳは、この
最適化手順中に、他の情報、すなわち音声および／またはデータを適切なチャネ
ルで各ユーザに送信していることに留意されたい。これらの送信に使用される重
みは、各ユーザに対応する重みセットにとって最良の現行推定値であることが好
ましい。したがって、本発明の好ましい実施形態では、候補重みセットのセット
全体を調べるまで待つのではなく、候補重みセットがユーザの現行重みセットよ
り良好であると判明するたびに、直ちに現行重みセットを更新する。
【００２４】 次いで、この最適化手順全体が規定された間隔で繰り返される。間隔時間は、
一般にシステム内の環境変動の度合いに応じて決まる。この手順は、ＳＵが移動
していないＣＤＭＡシステム内より移動度の高いＣＤＭＡシステム内で頻繁に繰
り返される。ＩＳ−９５規格は、ＳＵが０．２秒以内にＰＳＭＭでＰＭＲＯＭに
応答することを保証する。
【００２５】 再計算間隔が短い環境では、いくつかの重みセットを同時に検査するシステム
が好ましい。複数の重みセットを同時に検査することができる実施形態は、ＢＳ
間または同じＢＳ内のセクタ間でハンドオフを実施するために通常使用される機
構を使用することによって構築することができる。
【００２６】 各ＢＳは、そのＢＳに関連するパイロット符号によって定義されるパイロット
・チャネルを有する。ＳＵは、パイロット・チャネルのいくつかの異なるセット
を監視する。ＩＳ−９５規格によれば、ＳＵは、活性セット（Ａｃｔｉｖｅ Ｓ
ｅｔ）、候補セット（Ｃａｎｄｉｄａｔｅ Ｓｅｔ）、隣接セット（Ｎｅｉｇｈ
ｂｏｒ Ｓｅｔ）、残りのセット（Ｒｅｍａｉｎｉｎｇ Ｓｅｔ）の４セットの
パイロット・チャネルを監視する。
【００２７】 活性セットは、ＳＵに割り当てられたフォワード・トラフィック・チャネルに
関連する１つまたは複数のパイロット・チャネルからなる。活性セット内の各パ
イロット・チャネルは、ＳＵが活発に通信しているＢＳに対応する。通常、パイ
ロット・チャネルが活性セット内に１つだけあるが、ハンドオフ中に追加のパイ
ロット・チャネルが活性セット内にある可能性がある。ＩＳ−９５規格に従うシ
ステムでは、最初にフォワード・トラフィック・チャネルがＳＵに割り当てられ
、活性セットが、そのフォワード・チャネルに関連するパイロットだけを含むよ
うに初期化される。その後、活性セット内のパイロット・チャネルは、活性セッ
ト内に現在あるＢＳからのメッセージ内に定義される。
【００２８】 候補セットは、十分な強度でＳＵによって受信されるパイロットに対応し、関
連付けられたフォワード・トラフィック・チャネルの受信に成功する可能性のあ
ることを示す。ＩＳ−９５規格によれば、ＳＵが、現行の活性セット内でパイロ
ットをリストしないハンドオフ方向メッセージ（ＨＤＭ）を処理し、かつそのパ
イロット用のハンドオフ・ドロップ・タイマが終了していない場合、ＳＵがその
パイロットを候補セットに追加する。したがって、現行のＢＳは、ＢＳとＳＵの
間の現行の通信を中断することなく、かつ新しいプロトコルをＳＵに追加するこ
とを必要とすることなく、従来のハンドオフ・メッセージを使用して候補パイロ
ットをＳＵ内に載せることができる。
【００２９】 隣接セットは、現在、活性セット内にも候補セット内にもないが、ハンドオフ
の候補になる可能性があるパイロットに対応する。このセットはまた、活性セッ
ト内のものと異なるパイロット符号を使用する。現行のＣＤＭＡ搬送波上でＢＳ
と通信している他のパイロットはすべて残りのセット内にあり、これもまたＳＵ
によって維持される。
【００３０】 正常動作中、ＳＵは、２つのイベントのうち１つが発生した場合にＰＳＭＭを
自律的に送信する。第１のイベントは、候補セット・パイロット、隣接セット・
パイロット、残りのセット・パイロットの強度が規定された閾値を超え、最後の
ＨＤＭがＢＳから受信されて以来この情報をレポートするＰＳＭＭが送信されな
かったとき発生する。第２のイベントは、強度で候補セット・パイロットが活性
セット・パイロットを超えたとき起動する。正常動作中、第１のイベントは、Ｓ
Ｕが、ハンドオフで移される可能性のある第２ＢＳの範囲内に移動したとき発生
する可能性がある。第２のイベントは、候補パイロットが、それに関連するＢＳ
が現行のＢＳより活性ＢＳとして良好な選択である可能性があることを示すとき
発生する。通常、現行のＢＳはこれらの条件を使用してハンドオフを管理する。
【００３１】 本発明は、ＩＳ−９５に定義されているパイロット符号のほうが通常、現在Ｓ
Ｕによって使用されているものより多いという所見を利用する。ＩＳ−９５規格
は５１２個のパイロットを定義する。しかし、ＳＵが５１２個のパイロットの範
囲内にあることはまれである。ＳＵの範囲外にあるＢＳによって使用されるパイ
ロット・チャネルと、システム内でＢＳによって現在使用されていない現行のＢ
Ｓまたはパイロット・チャネルとを考える。現行のＢＳは、他のＢＳの動作と干
渉することなくこれらパイロット・チャネルを使用することができる。以下の考
察を単純化するために、これらのパイロットを「テスト・パイロット」と称する
。したがって、現行のＢＳは、これらテスト・パイロットを候補セットのメンバ
として、または上述した他のセットの１つとして定義するＳＵにＨＤＭメッセー
ジを送信することによって重みセットを試験するために、これらテスト・パイロ
ットを使用することができる。次いで、ＳＵは、テスト・パイロットを、その近
くにあると考えるＢＳからのパイロットとして扱う。というのは、ＳＵは、ＢＳ
に関連するパイロット符号を受信することによる以外に、そのＢＳが実際に存在
するか否か判定する方法がないためである。
【００３２】 本発明のこの実施形態では、異なる重みを使用して、候補セット、隣接セット
、または残りのセット・パイロット内の異なるテスト・パイロットを送信する。
１組の重みを使用して、上述した２つのイベントの１つを満たすテスト・パイロ
ット信号を送信するとき、ＳＵは、そのテスト・パイロットに対するＰＳＭＭを
送信し、したがって、対応する重みセットに対応する信号強度をＢＳに伝える。
ＳＵによってレポートされたＰＳＭＭに基づいて、ＢＳは、そのＳＵに情報をダ
ウンリンクするのに使用するために、最良の伝送重みセットを選択する。
【００３３】 本発明の上述の実施形態は、ハンドオフ判断を重み決定過程と統合するための
機構を提供することにもまた留意されたい。本発明によるＢＳでは、最良の重み
セットを使用して現行のＢＳのパイロットを送信するとき、近くのＢＳに対応す
る候補セット内のパイロットが、現行のＢＳのためのパイロットより良好に受信
される場合にＳＵがハンドオフしようとする。したがって、テスト・パイロット
上で可能な重みセットがすべて使用され、テスト・パイロットに関連する最良の
信号が、異なるＢＳ部で発せられるパイロット信号のものより劣る場合に、ハン
ドオフが示される。最良に受信されたテスト・パイロットが本当のパイロット信
号より良好な場合には、最良のテスト・パイロットに関連する重みが、現行のＢ
Ｓのパイロットのものを含むダウンリンク伝送に加えられる。この場合、他の本
当のパイロットは、活性セット内のパイロットより強い信号を呈することはなく
、通信は現行のＢＳと続行する。したがって、本発明は、通常のハンドオフ手順
と完全に適合し、通常のハンドオフと干渉しない。
【００３４】 隣接するＢＳもまた本発明によるＢＳである場合は、そのＢＳが影響する領域
内のＳＵに関して判定を行うために、そのＢＳがそのパイロット・チャネル上で
様々な重みセットを循環することに留意されたい。したがって、現行のＢＳと通
信するＳＵは、隣接するＢＳに対応するいくつかのパイロット信号を実際に測定
する。これらパイロットのそれぞれはまた、そのＳＵと通信するために隣接する
ＢＳ内で使用することができる重みセットに対応する。これらの１つがそのＢＳ
からの現行の最良のパイロットより良好であるとき、ハンドオフが示される。最
良の信号を送信するパイロットの同一性は、ハンドオフのためのＢＳ同一性と、
ハンドオフ後に使用されるそのＢＳ内で最良の重みセットの推定値とを提供する
。
【００３５】 いくつかの環境では、電力を下げてテスト・パイロットを送信し、重み検査に
よって消費される電力を、あるいはテスト・パイロットによって生成される干渉
を低減することが有利である。そのようなシステムでは、テスト・パイロット受
信強度が上述した条件を満たすのに不十分となるため、ＳＵはＰＳＭＭを自動送
信することができない。そのような実施形態では、ＢＳがＰＭＲＯＭを発行する
ことによってＳＵにＰＳＭＭを明確に要求する。
【００３６】 容量を増やすために現行のセルラー・システムで使用されている１つの技法は
、セルをセクタに分割することである。各セクタは別々のセルと見て、ハンドオ
フをセクタ間で行うことができる。したがって、本明細書では、用語「基地局」
が１つのＢＳを有するセクタを含むものと考える。いくつかのＣＤＭＡシステム
は、「ソフト・ハンドオフ」と呼ばれる機能をサポートし、旧ＢＳとの通信を中
断することなく、ＳＵが新しいＢＳと通信を開始する。「ソフター・ハンドオフ
」と呼ばれる関連機能もあり、ＳＵは、あるセクタから別のセクタに接続を切り
替えながら、同じＢＳのいくつかのセクタと同時に通信する。これらのハンドオ
フ・プロトコルは、かなりの量の制御チャネル帯域幅を必要とする。各ユーザが
異なる重みセットでアドレスされるアンテナ・アレイの使用は、ソフトおよびソ
フター・ハンドオフの周波数を減らす。その結果、制御チャネル帯域幅が自由に
なる。この追加帯域幅を使用して、重み決定およびハンドオフのために統合され
たシグナリングを行うことができる。
【００３７】 シグナリングを行うために使用可能な制御チャネル帯域幅の量と、ダウンリン
ク重み決定との間の工学的兼ね合いを管理する本発明の実施形態もまた構築する
ことができる。制御チャネル帯域幅が豊富にある場合には、ロング・リストのテ
スト・パイロットを使用し、指向性の高い放射パターンを発生するように各テス
ト・パイロットについて伝送重みを選択することができる。そのように指向性の
高いパターンは、ダウンリンク・アンテナの電力利得を最大化する傾向がある。
それに対して、制御チャネル帯域幅が不足している場合には、ショート・リスト
のテスト・パイロットを使用し、比較的広い放射パターンを発生するように各テ
スト・パイロットについて伝送重みを選択することができる。広い放射パターン
は、比較的電力利得が低くなるが、その性能はまた、ＳＵの移動、ならびに環境
およびＳＵの場所の変化に対して感応性がはるかに低くなる。その結果、広い放
射パターンを使用した場合のフィードバック更新率は、性能に察知可能な変化を
伴うことなくはるかに低くすることができ、制御チャネル上の負荷が減少する。
【００３８】 組合せプロトコルを介したＳＵフィードバックおよび適応重み決定の組合せは
また、セクタ化または切換ビーム・システムで不可能な高いダウンリンク指向性
利得を達成するために時間的な反復技法を可能にする。最初に、ショート・リス
トのテスト・パイロットを使用し、比較的広い放射パターンを発生するように各
テスト・パイロットについて伝送重みを選択する。最初に広い放射パターンと共
にテスト・パイロットの小さいセットを使用することにより、最良のテスト・パ
イロットのための候補を迅速に決定することができる。これら広いパターンのど
れが最良であるか識別されたとき、次いで、最大利得を生む伝送重みが決定され
るまで、連続的に指向性のますます高まる放射パターンに対応する重みを有する
候補の新しいセットを使用する。
【００３９】 本発明において、候補として使用することができる重みセットを生成するよう
に適合される可能性のある特定の方法が、Ｇｏｌｄｂｕｒｇの「ＲＡＤＩＯ Ｔ
ＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＦＲＯＭ Ａ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＳＴＡ
ＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＡＮ ＡＮＴＥＮＮＡ ＡＲＲＡＹ ＴＯ ＰＲＯＶＩＤ
Ｅ Ａ ＤＥＳＩＲＡＢＬＥ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ ＰＡＴＴＥＲＮ」という名
称の米国特許出願第０８／９８８，５１９号、およびＢａｒｒａｔｔ等の「ＤＯ
ＷＮＬＩＮＫ ＢＲＯＡＤＣＡＳＴＩＮＧ ＢＹ ＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬ ＴＲ
ＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮＳ ＦＲＯＭ Ａ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＩＴＯＮ ＳＴＡ
ＴＩＯＮ ＨＡＶＩＮＧ ＡＮ ＡＮＴＥＮＮＡ ＡＲＲＡＹ」という名称の米
国特許出願第０９／０２０，６１９号に教示されている。これら特許出願は、参
照により本明細書に組み込む。
【００４０】 上述した本発明の実施形態は、ユーザに対して両方向で通信するために適応ス
マート・アンテナ処理を使用した。しかし、前述の考察から当業者には、本発明
が、ダウンリンク方向だけで適応スマート・アンテナ処理を実施したシステムで
実施することもできることが明らかになろう。
【００４１】 本発明の上述の実施形態は、純粋に「空間的」な処理の点から述べた。すなわ
ち、式（１）および（２）に従って時間ｔについて生成される信号値は、特定の
時間ｔでの信号に応じて決まるだけである。ＳＵによって生成される信号が、様
々な経路を介して基地局に到達する信号環境を考える。たとえば、そのＳＵによ
って放射された信号の第１の部分が、ＳＵと基地局の間の直接経路に沿ってＢＳ
に到達する可能性がある一方、信号の第２の部分は、異なる方向で移動し、次い
で建物など物体で跳ね返ることによってＢＳに到達する。一般に、異なる経路は
著しく異なる経路長を有し、したがって、その経路の１つに沿って到着する信号
は、直接経路によって到着する信号に比べて遅れる。理想的には、ＢＳが、ＳＵ
から受信した電力を高めるように、これら２つの信号を組み合わせることが好ま
しいであろう。そのために、ＢＳは、異なる時間から信号値を組み合わせなけれ
ばならない。このタイプの時間的処理もまた、本発明で実施することができる。
時空的処理を提供するシステムでは、上述した式（１）および（２）が、それぞ
れ次のとおり一般化される。
【数３】 および
【数４】 ここで、３次元重みセットＲＷｍ，ｉ，ｊおよびＴＷｍ，ｎ，ｊは、各ユーザに
ついて決定しなければならない重みセットである。Ｋ１〜Ｋ４の値は、時間的処
理の特定の実施に応じて決まる。式（３）および（４）は、式（１）および（２
）より多少複雑であり、決定される重みの数が著しく多いが、基礎となる重みセ
ット決定過程は、実質的に同じである。ここで、ｋが整数であるｔｋは、アンテ
ナ信号が測定または生成される別個の時間を表す。したがって、本発明は、これ
らの重みを決定するためにも使用することができることを理解されたい。
【００４２】 本発明の上述の実施形態は、線形適応スマート・アンテナ処理を使用する。す
なわち、決定されるパラメータは、信号値を組み合わせる際に使用される単純な
重みである。しかし、前述の考察から当業者には、本発明が、信号品質に影響す
る最適化パラメータをＳＵからのフィードバックによって決定するべきである状
況で適用することができることは自明であろう。したがって、本明細書では、用
語「重みセット」が、アップリンク方向でＳＵによって送信される信号を示す信
号を提供するように、アンテナ信号を組み合わせる際に使用される処理パラメー
タ、またはアンテナのアレイの形にある様々なアンテナ上で送信される信号を生
成するため、ＳＵに送信される信号を処理するために使用されるパラメータを含
むものと考える。
【００４３】 上述した本発明の実施形態は、特定のＣＤＭＡシステムで実施されるプロトコ
ルを使用した。しかし、前述の考察から当業者には、本発明は、関連する伝送周
波数上で信号が送信され、ＳＵが、所定の周波数上でＳＵによって測定された信
号品質の測定値で応答するコマンドを定義するどんなシステムでも実施すること
ができることは自明であろう。したがって、パイロット信号という用語は、その
品質がＢＳによって測定およびレポートされるどんな信号をも含むものと考える
。
【００４４】 当業者には、前述の説明および添付図面から本発明に対する様々な修正が明ら
かになろう。したがって、本発明は、以下特許請求の範囲によってのみ限定すべ
きである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 いくつかのセルラー・ユーザと通信するためにアンテナ・アレイを使用するＢ
Ｓの信号処理部分のブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5K022 EE01 EE21 EE31 5K059 CC02 DD37 5K067 AA03 BB04 CC10 EE02 EE10 GG08 KK02 【要約の続き】 ット・ダウンリンク信号を処理するために使用されるも のと異なる重みセットで処理される。パイロット・ダウ ンリンク信号のそれぞれについて受信されるレポート信 号が比較され、どの重みセットを使用してダウンリンク 方向で通信するべきか決定する。本発明の方法は、ＩＳ −９５規格など既存のＣＤＭＡセルラー規格内で実施す ることができる。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加入者ユニット（ＳＵ）に情報を伝送するために複数のＢＳ
    を含むセルラー通信システム内で第１基地局（ＢＳ）を動作させる方法であって
    、前記情報が、前記第１ＢＳから送信されるダウンリンク信号内に含まれ、前記
    第１ＢＳがアンテナのアレイを含み、各アンテナが、前記ダウンリンク信号を処
    理することによって、そのアンテナについてアンテナ信号を生成する信号処理回
    路に結合され、前記処理が、前記アンテナのアレイ内の個々のアンテナ上で送信
    される個々の信号を生成する際に使用される重みセットに基づき、前記重みセッ
    トが、前記アンテナのアレイに対する前記ＳＵの場所に基づき、前記セルラー通
    信が少なくとも１つのプロトコルを含み、前記ＳＵはその中で、前記第１ＢＳが
    パイロット・ダウンリンク信号を送信したとき前記ＳＵによって受信される信号
    品質を表すレポート信号を生成し、前記方法が、前記ＳＵに対応する前記重みセ
    ットを決定するための方法を含み、その決定する方法が、 前記第１ＢＳから前記ＳＵに複数のパイロット・ダウンリンク信号を送信し、
    各パイロット・ダウンリンク信号が、他の前記パイロット・ダウンリンク信号と
    異なる重みセットで処理されるステップと、 前記パイロット・ダウンリンク信号の少なくとも２つについて前記レポート信
    号の１つを受信するステップと、 前記重みセットを前記レポート信号に基づいて前記ＳＵに割り当てるステップ
    とを含む方法。
  2. 【請求項２】 前記パイロット・ダウンリンク信号のうち第１のものが第１
    識別子を含む請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記パイロット・ダウンリンク信号のうち第２のものが、前
    記第１識別子と異なる第２識別子を含む請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記第１および第２識別子が第１および第２ＢＳを識別し、
    前記第２ＢＳは、前記第１ＢＳによって送信され、前記第２識別子を含む前記パ
    イロット・ダウンリンク信号が、前記第２ＢＳと、現在前記第２ＢＳと通信して
    いる前記ＳＵとの間の通信に干渉しないようにするために十分な距離だけ前記第
    １ＢＳから離れている請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記第１パイロット・ダウンリンク信号が第１ＢＳを識別し
    、前記ＳＵはまた、第２ＢＳから第３パイロット・ダウンリンク信号を受信し、
    前記ＳＵが、前記第３パイロット・ダウンリンク信号の信号強度を示す前記レポ
    ート信号の１つを生成し、第１ＢＳに送信し、前記第１ＢＳが、前記第１、第２
    、第３パイロット信号についてレポートされた前記信号強度に基づいて、前記Ｓ
    Ｕを前記第２ＢＳにハンドオフするかどうか判定する請求項３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記セルラー通信が、前記第１ＢＳによって前記ＳＵに送信
    されるメッセージ内に定義された１組のパイロット・ダウンリンク信号内の複数
    のパイロット・ダウンリンク信号のそれぞれを各ＳＵが自動監視するセルラー規
    格に従い、前記ＳＵが、前記１組のパイロット信号内の前記パイロット・ダウン
    リンク信号の１つが閾値を超える信号品質を有すると決定したとき、前記ＳＵが
    前記レポート・メッセージの１つを生成し、前記レポート・メッセージが前記パ
    イロット・ダウンリンク信号を識別する請求項３に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記セルラー規格がＩＳ−９５であり、前記１組のパイロッ
    ト・ダウンリンク信号が、その規格内に定義された前記候補セット、隣接セット
    、残りのセットの１つを含む請求項６に記載の方法。
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