JP2003529262A - インテリジェントアンテナアレイのカバレッジの改良方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、インテリジェントアンテナアレイカバレッジの改良方法に関する。工学的設計に必要とされるカバレッジと、実際に実現されたカバレッジとの間のサイズ及び形状のパラメータの差に基づいてｎ個のビーム形成パラメータＷ（ｎ）を調節することにより、アンテナアレイの任意のビーム形成を達成することができる。この方法は、解かれるべきＷ（ｎ）の精度、即ち調節ステップの設定と、初期値Ｗ₀（ｎ）のグループ、二乗誤差の初期値ε₀のグループ、計数変数、調節終了閾値Ｍ、及びアンテナエレメントの最大発射電力Ｔ（ｎ）の設定と、を含み、Ｗ（ｎ）の調節は上記設定値に基づいて周期的に行われる。最小平均二乗原則による段階的アプローチを用いてアンテナ放射パラメータを調節できるため、アンテナアレイの実際のカバレッジを、局所的な最適条件下で、要求されるカバレッジに近づけることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は概してセルラー移動通信システムに用いられるスマートアンテナアレ
イ技術に関し、より詳細には、スマートアンテナアレイのカバレッジ（有効範囲
）を改良可能な方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

スマートアンテナアレイを用いたセルラー移動通信システムにおいて、スマー
トアンテナアレイは一般に無線基地局に組み込まれている。スマートアンテナア
レイは、信号の送受信を行うために、固定ビーム形成及びダイナミックビーム形
成といった２種類のビーム形成を用いなければならない。無指向性ビーム形成、
ストリップビーム形成、又はセクタービーム形成などの固定ビーム形成は主に、
放送や呼出のような無指向性情報の発信に用いられる。ダイナミックビーム形成
は主に、加入者の追跡、加入者データの転送、及び特定のユーザへの情報などの
送信に用いられる。

【０００３】 図１は、セルラー移動通信ネットワークのセル割り当て図である。セルラー移
動通信システムを設計する際、考慮の必要な第１の問題はカバレッジである。図
１の黒点１１によって示されるように、無線基地局のスマートアンテナアレイは
一般にセルの中央に配置されている。１２によって示されるように、殆どのセル
は通常円形のカバレッジを有する。一部のセルは、１３によって示されるように
非対称の円形カバレッジを有し、また１４に示されるようにストリップ状のカバ
レッジを有する。通常の円形カバレッジ１２、非対称の円形カバレッジ１３、及
びストリップ状カバレッジ１４は、互いの間に隙間が形成されないように重複さ
れている。

【０００４】 周知のように、アンテナアレイの電力放射図は、アンテナアレイのアンテナユ
ニットの幾何学的配列形状、各アンテナユニットの特性、各アンテナユニットの
位相及び振幅などのパラメータによって決定される。アンテナアレイを設計する
際は、広く一般に使用される設計にするために、自由な空間、正常に作動する設
備などを含む比較的理想的な環境を考慮して設計される。設計されたアンテナア
レイを実際に使用すると、設置位置、地形、建築物の高さ、アンテナユニットの
配列などが異なるために、アンテナアレイの実際の電力カバレッジは確実に変化
する。

【０００５】 図２（図１の一部）は、地形などが異なるために生じる、予期されるカバレッ
ジ２１（通常の円形）と実際のカバレッジ２２との差を示している。実際のカバ
レッジは現場で測定することができる。どのセルにもこの種の差が生じ得るため
、現場で調整を行わない限り、移動通信ネットワークの実際のカバレッジは不十
分なものになり得る。アンテナアレイの個々のアンテナユニットが正常に作動し
なかったり、カバレッジへの要求が変わったりした場合、アンテナアレイの構成
を変更することが必要であり、その時点で、アンテナアレイのカバレッジをリア
ルタイムで調節しなくてはならない。

【０００６】 調整の原則として、スマートアンテナアレイは、セルの無指向性カバレッジの
ための固定ビーム形成に基づき、ダイナミックビーム形成（ダイナミック指向性
放射ビーム）を各加入者に対して実施している。

【０００７】 式（１）において、Ａ（φ）は予期されるビーム形成、即ち必要とされるカバ
レッジの形状パラメータを表し、ここでφは観測点の極座標角度を表しており、
Ａ（φ）は同一距離でのφ方向の放射強度である。スマートアンテナアレイにＮ
個のアンテナがあり、任意のアンテナｎが位置パラメータＤ（ｎ）、ビーム形成
パラメータＷ（ｎ）、及び角度φ方向の放射電力Ｐを有すると仮定した場合、実
際のカバレッジは下記式（２）によって表される。

【０００８】

【数５】

【０００９】 上記式において、関数ｆ（φ，Ｄ（ｎ））の形式は、スマートアンテナアレイ
のタイプに関連している。

【００１０】 地上移動通信システムでは、一般に、平面上の２つの次元のカバレッジを考慮
に入れれば十分である。アンテナを配列で分類すると線形アレイ及び環状アレイ
があり、円形アレイは特殊な環状アレイとみなすことができる（中国特許９７２
０２０３８．１の「無線通信システムに用いる環状スマートアンテナアレイ(A r
ing smart antenna array used for radio communication system)」を参照）。
セルラー移動通信システムでは、セクター型カバレッジを実施する場合には線形
アレイが一般に用いられ、無指向性カバレッジを実施する場合には円形アレイが
用いられる。本発明では、円形アレイが一例として用いられる。

【００１１】 円形アレイであると仮定した場合、Ｄ（ｎ）＝２×（ｎ−１）×π／Ｎであり
、ｆ（φ，Ｄ（ｎ））＝ｅｘｐ（ｊ×２×ｒ／λ×π×ｃｏｓ（Φ−Ｄ（ｎ））
（指数をとる）である。

【００１２】 式中、ｒは円形アンテナアレイの半径であり、λは作動波長である。図３は、
８個のアンテナを備えた通常の円形アンテナアレイのための無指向性ビーム形成
の電力方向を示す図である。図３に示される、１．０８８５、２．１７７、３．
２６５４といった数字は電力（パワー）を表している。

【００１３】 最小平均二乗誤差アルゴリズムを用いると、下記式（３）の最小二乗誤差εは
最小になる。

【００１４】

【数６】

【００１５】 上記式（３）において、Ｋは近似アルゴリズムを用いた際の標本点の数であり
、Ｃ（ｉ）は重みである。いくつかの点において、必要とされる近似値が大きい
場合、Ｃ（ｉ）はより大きく設定され、そうでない場合、Ｃ（ｉ）はより小さく
設定される。全ての点において必要とされる近似値が一致する場合、Ｃ（ｉ）は
一般に１に設定される。

【００１６】 更に、どのアンテナユニットも発信電力が限られていることを考慮に入れて、
Ｗ（ｎ）の振幅を、アンテナユニットの発信電力を表すものとみなし、各アンテ
ナユニットの最大発信電力をＴ（ｎ）として設定した場合、制限された条件を下
記のように表すことができる。 ｜Ｗ（ｎ）｜≦Ｔ（ｎ）^1/2 ……（条件１）

【００１７】 一般に、各アンテナユニットの制限内での発信電力の最適値を見出すには、式
によって直接解くことのできるいくつかの特殊な状況を除けば、解かれていない
Ｗ（ｎ）の精度の選択及び全数的な検討によって最適値を見出すしかないことは
明らかである。しかし、全数的な検討による解法を用いた場合は計算量がかなり
多く、アンテナユニットの数Ｎと指数関係に立つ。精度を徐々に上げ、解かれる
べき値の範囲を小さくすることによって計算量を減少させることができるものの
、次善の値が解かれるにすぎず、計算量は依然として多い。

【００１８】 スマートアンテナアレイカバレッジを効率的に改良するために、スマートアン
テナアレイカバレッジの改良方法が考案された。この改良は、アンテナアレイの
実際のカバレッジが設計カバレッジに近づくことを含み、アンテナユニットの一
部が故障のために作動を停止させられた場合、正常に作動する他のアンテナユニ
ットのアンテナ放射パラメータを即座に調節してセルカバレッジを迅速に回復さ
せることができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】

本発明の目的は、実際の要求に応じてアンテナアレイのアンテナユニットのパ
ラメータを調節できる方法を提供することである。この方法により、アンテナア
レイは要求を満たす特定のビーム形成を有し、制限内で各アンテナユニットの最
適放射電力の値を迅速に見出し、局所的最適化の効果を得ることができる。

【００２０】

【課題を解決するための手段】

本発明の方法は、ベースバンドデジタル信号処理方法の一種である。この方法
は、スマートアンテナアレイの各アンテナ（作動が停止したアンテナは除く）の
パラメータを調節することによってスマートアンテナアレイのカバレッジ領域の
サイズ及び形状を変え、最小平均二乗誤差の基準に基づいた要求と一致する局所
的最適化の効果を得る。具体的な調節スキームとしては、工学的設計に必要とさ
れるカバレッジと実際に実現されたカバレッジとの間に生じるサイズ及び形状の
差に応じて、アンテナ放射パラメータを最小平均二乗誤差の基準に基づいた段階
的近似方法によって調節し、アンテナアレイの実際のカバレッジを局所的最適化
条件下の要求に近づける。

【００２１】 本発明によると、実際の状況に応じた、Ｎ個のアンテナアレイの各アンテナユ
ニットｎのビーム形成パラメータＷ（ｎ）の調節は、以下のステップを更に含む
。 Ａ．解かれるべきＷ（ｎ）の精度、即ち調節ステップ長の設定 Ｂ．アンテナユニットｎのビーム形成パラメータＷ（ｎ）の初期値Ｗ₀（ｎ）、
最小平均二乗誤差εの初期値ε₀、最小調節回数を記録するための計数変数、調
節終了閾値Ｍ、及びアンテナユニットｎの最大放射電力振幅Ｔ（ｎ）を含む初期
値の設定 Ｃ．乱数の生成、設定されたステップ長によるＷ（ｎ）の変化の決定及び新しい
Ｗ（ｎ）の計算、Ｗ（ｎ）の絶対値がＴ（ｎ）以下であると判断した場合の最小
平均二乗誤差εの計算、εがε₀以上である場合のεの保持及び計数変数の１の
増加を含む、Ｗ（ｎ）調節用ループへの参入 Ｄ．計数変数が閾値Ｍ以上になるまでのステップＣの繰返し、調節手順の終了及
び結果の取得、最終的なＷ（ｎ）の記録及び保存、並びにε₀の新しいεへの置
換

【００２２】 ステップＣにおけるε及びε₀の比較の際、εがε₀未満である場合はこの回の
調節の計算結果Ｗ（ｎ）を記録して保存し、ε₀を新しく計算されたεに置き換
え、計数変数をゼロにリセットする。

【００２３】 調節ステップ長は一定でもよいし、可変でもよい。調節ステップ長が可変の場
合、初期値の設定の際に最小調節ステップ長の設定も含まれる。計数変数は閾値
Ｍ以上であるが、調節ステップ長が最小調節ステップ長に等しくない場合、調節
ステップ長を連続的に減少させ、Ｗ（ｎ）の調節手順を続ける。

【００２４】 調節手順終了条件は、予め設定された調節終了閾値ε'を更に含み、ε<ε'で
ある場合、調節を終了する。

【００２５】 初期値Ｗ₀（ｎ）の数は、スマートアンテナアレイを構成するアンテナユニッ
トの数に関連している。

【００２６】 Ｗ（ｎ）の初期値Ｗ₀（ｎ）を設定する際、スマートアンテナアレイの、作動
が停止したアンテナユニットに対してはＷ₀（ｎ）をゼロに設定し、次の調節ル
ープでは、作動が停止したアンテナユニットのＷ（ｎ）を調節しない。

【００２７】 最小平均二乗誤差εは、下記式によって計算される。

【００２８】

【数７】

【００２９】 式中、Ｐ（φ_i）は、アンテナユニットのビーム形成パラメータがＷ（ｎ）で
あり、方向角度がφである場合のアンテナユニットの放射電力であり、Ｐ（φ_i
）はアンテナアレイのタイプに関連している。Ａ（φ_i）は、等距離でのφ方向
の放射強度であり、極座標において位相φを有する予想観測点である。Ｋは、近
似方法を用いた際の標本点の数であり、Ｃ（ｉ）は重みである。

【００３０】 解かれるべきＷ（ｎ）の精度、即ち、調節ステップ長の設定は、複素数Ｗ（ｎ
）の実部及び虚部それぞれのステップ変化の設定、又は極座標Ｗ（ｎ）の振幅及
び位相それぞれのステップ変化の設定を含む。

【００３１】 複素数Ｗ（ｎ）の実部及び虚部のステップ変化を用いる場合、新しいＷ（ｎ）
は、下記式によって計算される。

【００３２】

【外５】

【００３３】 極座標Ｗ（ｎ）の振幅及び位相のステップ変化を用いる場合、新しいＷ（ｎ）
は下記式によって計算される。

【００３４】

【外６】

【００３５】 Ｕは、Ｕ番目の調節であり、Ｕ＋１は次の調節である。

【００３６】 本発明の方法は、無線基地局が無指向性カバレッジの固定ビーム形成用のスマ
ートアンテナアレイを用いる場合に、スマートアンテナアレイカバレッジを効率
的に改良することができるケースに関するものである。最小平均二乗誤差の基準
に基づいた要求に一致する局所的に最適な効果を得るために、アンテナアレイの
各アンテナユニットのパラメータを調節することにより、スマートアンテナアレ
イのカバレッジのサイズ及び形状が変えられる。

【００３７】 本発明の方法によると、アンテナアレイの実際のカバレッジを局所的最適化条
件下の要求に近づけるために、工学的設計に必要とされるカバレッジと実際に実
現されたカバレッジとの間に生じるサイズ及び形状の差に従って、アンテナ放射
パラメータが最小平均二乗誤差の基準に基づいた段階的近似方法によって調節さ
れる。

【００３８】 本発明の方法は、一態様として、スマートアンテナアレイの設置場所において
適用される。設置場所において、スマートアンテナアレイの各アンテナユニット
パラメータを調節することにより、スマートアンテナアレイのカバレッジのサイ
ズ及び形状を変えることができ、これにより、予期されるビーム形成の形状にか
なり近く、要求と一致する局所的最適化の結果を有する無指向性放射ビーム形成
が得られる。また、本発明の方法の他の態様としては、スマートアンテナアレイ
におけるアンテナユニットの一部が正常ではなく作動が停止している場合に、残
りの正常なアンテナユニットのアンテナ放射パラメータを本発明の方法によって
即座に調節し、セルの無指向性カバレッジを即座に回復させることができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】

以下、本発明の好適な実施の形態が示された添付の図面を参照して、本発明を
より完全に説明する。しかしながら、本発明を多くの異なる形で具現することが
でき、本明細書中に説明される実施の形態に限定されるものと解釈すべきではな
い。むしろ、これらの実施の形態は、本開示内容が綿密かつ完全であるように提
供されたものであり、当業者には本発明の範囲を十分に伝えるものであろう。本
明細書全体にわたり、同様の番号は同様の要素を指す。

【００４０】 図１乃至図３は前述したので、説明を繰り返さない。

【００４１】 図４、図５、及び図６を参照する。本発明は、アンテナアレイの任意のアンテ
ナユニットｎのビーム形成パラメータＷ（ｎ）の最適値を制限された範囲内で迅
速に見出し、局所的最適化の効果を得る方法である。この方法は概して下記の５
つのステップを含む。

【００４２】ステップ１ 解かれるべきＷ（ｎ）の精度、即ち、解法手順全体にわたるＷ（ｎ）の調節ス
テップ長を設定する。調節ステップ長の設定方法は２つある。１つは、複素数で
あるＷ（ｎ）の実部及び虚部をそれぞれ設定し、ステップの変化を設定する方法
で、もう１つは、極座標におけるＷ（ｎ）の振幅及び角度をそれぞれ設定し、ス
テップの変化を設定する方法である。

【００４３】 Ｕ番目の調節後、Ｗ（ｎ）はＷ^U（ｎ）であると仮定する。

【００４４】 第１の調節方法を用いる場合、Ｗ^U（ｎ）は、Ｗ^U（ｎ）＝Ｉ^U（ｎ）＋ｊ×Ｑ^U （ｎ）といった複素数で表される。次の調節後、Ｗ^U+1（ｎ）を下記の式（４）
のように表すことができる。

【００４５】

【外７】

【００４６】

【外８】

【００４７】ステップ２ ｜Ｗ（ｎ）｜≦Ｔ（ｎ）^1/2である制限条件１を満たす、Ｗ（ｎ）の初期値Ｗ₀ （ｎ）の集合を設定する。Ｗ₀（ｎ）の数は、アンテナアレイのアンテナユニッ
トの数Ｎに関連している。作動が停止したアンテナユニットに対しては、そのＷ₀ （ｎ）をゼロにすべきであり、後続のステップにおけるＷ₀（ｎ）の調節は行わ
れない。初期値Ｗ₀（ｎ）の選択は、アルゴリズムの収束の速さ及び最終結果に
ある程度の影響を及ぼす。Ｗ（ｎ）のおおよその範囲が既知である場合は、その
範囲に対応するＷ（ｎ）の集合を選択すると一層よく、この選択は、結果的に生
じる精度を高めるのにも有益である。

【００４８】 次いで、最小平均二乗誤差εの初期値ε₀を設定する。一般には、ループ調節
段階により速く入るために、初期値ε₀を大きな値に設定し、計数変数（カウン
ト）を０に設定する。「カウント」は、Ｗ₀（ｎ）の集合に対応するε₀に基づき
、Ｗ（ｎ）に必要な最小調節回数を記録するために使用される。Ｍは、いつ調節
が終了し、結果を出力することができるかを判断するために用いられる所要閾値
である。Ｍの値が大きいほど結果の信頼度が高いことは明らかである。

【００４９】 上述の初期値設定手順が、図４のブロック４０１、図５のブロック５０１、及
び図６のブロック６０１に示されている。これらの手順は、Ｗ₀（ｎ）、Ｍ、調
節ステップ長（「ステップ」）、最小平均二乗誤差の初期値ε₀、ｎ番目のアン
テナの最大発信電力Ｔ（ｎ）、及び計数変数（カウント）の設定を含む。ブロッ
ク５０１及び６０１とブロック４０１との違いは、ブロック５０１及び６０１が
、可変ステップ長調節を用いる際に必要な最小調節ステップ長ｍｉｎ＿ｓｔｅｐ
の設定を更に含むことにある。

【００５０】ステップ３ ステップ１の手順及び式（４）又は式（５）を用いて、新しいＷ（ｎ）を生成
する、即ちＷ（ｎ）を調節する。乱数の集合を生成する度に、その乱数に従って
Ｗ（ｎ）の変更方向を決定する。調節後、Ｗ（ｎ）が条件１（｜Ｗ（ｎ）｜＜Ｔ
（ｎ）^1/2）の制限を超えた場合、Ｗ（ｎ）を増加又は減少させ、増加量又は減
少量を調節ステップ長（「ステップ」）によって決定する。この時点では、正し
い変更傾向がわからないため、同一の増減率を用いる。ステップ３の動作は、図
４のブロック４０２及び４０３、図５のブロック５０２及び５０３、並びに図６
のブロック６０２及び６０３に示されている。

【００５１】ステップ４ 調節後、Ｗ（ｎ）が条件１の制限を満たした場合、式３を用いて新しい最小平
均二乗誤差εを計算する。ε<ε₀である場合、この時点のＷ（ｎ）を記録して保
存し、ε₀を新しいεに置き換え、計数変数をゼロに設定する（カウント＝０）
。このステップの動作は、図４のブロック４０４、４０５、及び４０６、図５の
ブロック５０４、５０５、及び５０６、並びに図６の６０４、６０５、及び６０
６に示されている。図６では、ε<ε'は調節の終了条件であるため、ε<ε₀の判
断を行う前に、まずε<ε'の判断を行わなければならない。εがε'よりも大き
い場合、ブロック６１２に示されるようにε<ε₀の判断が行われる。ε≧ε₀で
ある場合、εを保持し、計数変数を増分する（カウント＋１）。この動作は、図
４のブロック４０７、図５のブロック５０７、及び図６のブロック６０７に示さ
れている。ε≧ε₀であると判断し、ブロック４０７、５０７、及び６０７を実
行した後は、毎回、計数変数「カウント」が予め設定された閾値Ｍよりも大きい
か否かを確かめなくてはならない。この動作は、図４のブロック４０８、図５の
ブロック５０８、又は図６のブロック６０８に示されている。

【００５２】ステップ５ ε≧ε₀であり、「カウント」が予め設定された閾値Ｍよりも小さいと判断し
た場合、ステップ３へ戻る、即ち、図４のブロック４０２、図５のブロック５０
２、又は図６のブロック６０２を再度実行する。その結果、乱数の集合を再び生
成し、Ｗ（ｎ＋１）を計算し、Ｗ（ｎ）の集合が既に計算されている場合はＷ（
１）から再び始める。ブロック４０８、５０８、又は６０８において「カウント
」＞Ｍを検出するまで、前述の手順を繰り返す。そして、調節手順全体を終了す
る。このとき、記録されたＷ（ｎ）は最適解の集合であり、ε₀は対応する最小
平均二乗誤差であり、計数変数はゼロ（カウント＝０）に設定されている。この
動作はブロック４０９、５０９、又は６０９において示されている。

【００５３】 前述のステップから得られた解は局所的最適化の解にすぎないが、計算量は大
幅に少なく、解の集合を迅速に得ることができる。この時点の解に満足しない場
合は、手順を繰り返して解の集合をいくつか得ることができ、最小平均二乗誤差
εを有する解の集合を得ることができる。勿論、手順を繰り返す場合は、Ｗ（ｎ
）の初期値Ｗ₀（ｎ）を更新しなくてはならない。

【００５４】 結果が依然として満足の行かないものである場合、可変ステップ長及び向上し
た精度を使用して、図５及び図６に示される前述のアルゴリズムを改良すること
ができる。ブロック５０１又は６０１では、初期値の設定の際、最小調節ステッ
プ長ｍｉｎ＿ｓｔｅｐを設定する。調節の初めには、より大きなステップ長を調
節のために用いる。ブロック５１０又は６１０において、「カウント」がＭより
も大きいが「ステップ」がｍｉｎ＿ｓｔｅｐよりも大きい場合、計算手順を終了
する代わりにブロック５１１又は６１１を実行する。ブロック５１１又は６１１
では調節ステップ長を減少させ、減少したステップ長を用いてＷ（ｎ）を変更し
、最小平均二乗誤差εなどを再度計算する。「カウント」がＭよりも大きく、か
つ「ステップ」がｍｉｎ＿ｓｔｅｐに等しい（ステップ＝ｍｉｎ＿ｓｔｅｐ）場
合にのみ計算を終了し、結果を出力してＷ（ｎ）の集合及び対応する平均二乗誤
差εを得る。同一の精度条件下で、図５又は図６の可変ステップ長は計算速度を
ある程度上げることができる。

【００５５】 図６は、システムが平均二乗誤差εに対して一定の要求を有する手順を示して
いる。この要求はε≦ε'と表され、ε'は予め設定された閾値である。この場合
、手順終了条件をそれに応じて変更しなくてはならず、即ち、ブロック６０５の
前にブロック６１２を追加し、ε≦ε'である場合に手順が終了する。１つの実
施では、ε≦ε'を終了条件として用いることができるが、アンテナアレイのビ
ーム形成カバレッジを迅速に改良するため、（図４に示される）固定ステップ長
アルゴリズムを用いる。

【００５６】 図７及び図８は、図３に示される８つのユニットを有する円形アンテナアレイ
を一例として挙げ、２つの図の比較を用いて、本発明の応用の効果を説明してい
る（本発明はあらゆるタイプのアンテナアレイにふさわしく、ビーム形成をリア
ルタイムでダイナミックに行うことのできるものであり、ここでは円形アンテナ
アレイを一例として挙げたにすぎない）。アンテナアレイの（アンテナ、き線ケ
ーブル、接続された無線周波トランシーバなどを含む）アンテナユニットが故障
した場合、無線基地局は故障したアンテナユニットの作動を停止させなければな
らず、アンテナアレイの放射図は大幅に悪化する。１つのアンテナユニットが作
動しない場合に、アンテナアレイの放射図が理想的な円形から不規則なグラフ７
１に変わり、セルカバレッジ（セルの有効範囲）がたちまち悪化することを、図
７は示している。本発明の方法を用いて、無線基地局は他の正常なアンテナユニ
ットのパラメータを取得し、正常なアンテナユニット全ての供給振幅及び位相を
変えることによってパラメータを即座に調節する。これにより、図８のグラフ８
１によって示される、円形に近いカバレッジを有するカバレッジが得られる。

【００５７】 図９及び図１０は、図３に示される８つのユニットを有する円形アンテナアレ
イを再び一例として挙げ、２つの図の比較を用いて、本発明の他の応用の効果を
説明している（本発明はあらゆるタイプのアンテナアレイにふさわしく、ビーム
形成をリアルタイムでダイナミックに行うことのできるものであり、ここでは円
形アンテナアレイを一例として挙げたにすぎない）。図３に示されるように互い
からπ／４離れた２つのアンテナアレイが作動しない場合、アンテナアレイの放
射図は理想的な円形から不規則なグラフ９１に変わり、セルカバレッジが大幅に
悪化する。このようなことが生じた場合、無線基地局は、本発明の方法を用いて
、正常なアンテナユニット全ての供給振幅及び位相を変えることにより、他の正
常なアンテナユニットのパラメータを即座に調節する。これにより、図１０のグ
ラフ１０１によって示される、明らかに円形に近づいたカバレッジが得られる。

【００５８】 アンテナユニットの一部の作動が停止した場合、図７及び図９に示されるよう
に、正常なアンテナユニットの最大放射電力を増大しなければ、カバレッジ全体
の半径が確実に減少することに注意されたい。その結果、セルカバレッジの重複
が減少するため（図１参照）、図７及び図９の例によって示されるような通信不
可能領域が生じ得る。等距離下で、放射電力レベルが３乃至５ｄＢ減少すると、
カバレッジの半径は１０乃至２０％減少する。従って、この問題を解決するには
、アンテナユニットの一部の放射電力を増大させるか、又は隣接セルの「ブレス
(breath)」機能を用いる必要がある。

【００５９】

【発明の効果】

本アンテナアレイカバレッジの改良方法は、アンテナアレイのパラメータ調節
手順である。ビーム形成パラメータＷ（ｎ）を素早く得ることができ、局所的最
適化の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 セルラー移動通信ネットワークのセル割り当て図である。

【図２】 必要とされるセルカバレッジと実際のセルカバレッジとの間のずれの図である
。

【図３】 正常な円形カバレッジを有する８アンテナアレイの無指向性ビーム形成電力方
向図である。

【図４】 固定ステップ長を有するアンテナアレイビーム形成カバレッジを迅速に改良す
るためのフローチャートである。

【図５】 可変ステップ長を有するアンテナアレイビーム形成カバレッジを迅速に改良す
るためのフローチャートである。

【図６】 可変ステップ長を有するアンテナアレイビーム形成カバレッジを迅速に改良す
るための、終了条件を有するフローチャートである。

【図７】 正常な円形カバレッジの無指向性ビーム形成を有する８アンテナアレイの、正
常に作動しないアンテナユニットが１つある場合の調節前の電力方向図である。

【図８】 正常な円形カバレッジの無指向性ビーム形成を有する８アンテナアレイの、正
常に作動しないアンテナユニットが１つある場合の調節後の電力方向図である。

【図９】 正常な円形カバレッジの無指向性ビーム形成を有する８アンテナアレイの、正
常に作動しないアンテナユニットが２つある場合の調節前の電力方向図である。

【図１０】 正常な円形カバレッジの無指向性ビーム形成を有する８アンテナアレイの、正
常に作動しないアンテナユニットが２つある場合の調節後の電力方向図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，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，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動通信ネットワークの工学的設計パラメータによって設計
   されたスマートアンテナアレイのカバレッジと、実際に実現されたカバレッジと
   の間のサイズ及び形状の差を決定するステップと、 実際に実現されたカバレッジを工学設計上のスマートアンテナアレイのカバレ
   ッジに近づけるように、局所的最適化条件下で最小平均二乗誤差計算を用いた段
   階的近似方法により、スマートアンテナアレイを構成する複数のアンテナユニッ
   トの放射パラメータを調節するステップと、 を含む、スマートアンテナアレイのカバレッジの改良方法。
2. 【請求項２】 前記スマートアンテナアレイがｎ個のアンテナユニットで構
   成されており、前記放射パラメータがビーム形成パラメータＷ（ｎ）であり、前
   記調節ステップが、 Ａ．解かれるべきＷ（ｎ）の精度、即ち調節ステップ長を設定するステップと、 Ｂ．前記アンテナユニットｎの前記ビーム形成パラメータＷ（ｎ）の初期値Ｗ₀
   （ｎ）、最小平均二乗誤差εの初期値ε₀、最小調節回数を記録するための計数
   変数、調節終了閾値Ｍ、及びアンテナユニットｎの最大放射電力振幅Ｔ（ｎ）を
   含む初期値を設定するステップと、 Ｃ．乱数を生成し、設定されたステップ長によるＷ（ｎ）の変化を決定して新し
   いＷ（ｎ）を計算し、Ｗ（ｎ）の絶対値がＴ（ｎ）以下であると判断した場合に
   最小平均二乗誤差εを計算し、εがε₀以上である場合にεを保持して計数変数
   を１だけ増加させることを含む、Ｗ（ｎ）調節用ループへの参入ステップと、 Ｄ．計数変数が閾値Ｍ以上になるまでステップＣを繰り返し、調節手順を終了し
   て結果を取得し、最終的なＷ（ｎ）を記録して保存し、ε₀の新しいεへの置換
   をするステップと、 を含む、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 εがε₀よりも小さい場合にこの時点の調節の計算結果Ｗ（
   ｎ）を記録して保存し、ε₀を新しいεに置き換え、前記計数変数をゼロにリセ
   ットすることを前記ステップＣが更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記調節ステップ長が固定されている、請求項２に記載の方
   法。
5. 【請求項５】 前記調節ステップ長が可変であり、前記初期値の設定が最小
   調節ステップ長を更に含み、前記計数変数が前記閾値Ｍ以上である場合、前記ス
   テップＤは、 前記調節ステップ長が前記最小調節ステップ長に等しいか否かを判断し、そう
   でない場合は前記調節ステップ長を減少させ、前記ステップＣに戻る、 ことを更に含む、請求項２に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記初期値の設定が調節終了閾値ε'を更に含み、前記計数
   変数が前記閾値Ｍ以上である場合、前記ステップＤは、 εがε'よりも小さいか否かを判断し、そうでない場合は前記ステップＣに戻
   る、 ことを更に含む、請求項２に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記初期値Ｗ₀（ｎ）の数が、前記スマートアンテナアレイ
   を構成するアンテナユニットの数に関連している、請求項２に記載の方法。
8. 【請求項８】 Ｗ（ｎ）の初期値Ｗ₀（ｎ）の設定の際、前記スマートアン
   テナアレイの、作動が停止したアンテナユニットに対してはＷ₀（ｎ）をゼロに
   設定し、次の調節ループでは前記作動が停止したアンテナユニットのＷ（ｎ）を
   調節しない、請求項２に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記最小平均二乗誤差εが下記式によって計算され、式中、
   Ｐ（φ_i）は、前記アンテナユニットのビーム形成パラメータがＷ（ｎ）で方向
   角度がφである場合のアンテナユニットの放射電力であって前記アンテナアレイ
   のタイプに関連しており、Ａ（φ_i）は等距離でのφ方向の放射強度であり、極
   座標において位相φを有する予想観測点であり、Ｋは、近似方法を用いた際の標
   本点の数であり、Ｃ（ｉ）は重みである、請求項２に記載の方法。 【数１】
10. 【請求項１０】 解かれるべきＷ（ｎ）の精度、即ち、調節ステップ長の設
    定が、 複素数Ｗ（ｎ）の実部及び虚部それぞれのステップ変化の設定、又は極座標Ｗ
    （ｎ）の振幅及び位相それぞれのステップ変化の設定を含み、 複素数Ｗ（ｎ）の実部及び虚部のステップ変化を用いる場合、新しいＷ（ｎ）
    は、 【外１】 Ｕは、Ｕ番目の調節であり、Ｕ＋１は次の調節である、 ことを含む、請求項２に記載の方法。
11. 【請求項１１】 スマートアンテナアレイのカバレッジの改良方法であって
    、 Ａ．前記スマートアンテナアレイを構成するアンテナユニットｎのビーム形成
    パラメータＷ（ｎ）の初期値Ｗ₀（ｎ）、調節終了閾値Ｍ、Ｗ（ｎ）の精度、即
    ち、調節ステップ長（「ステップ」）、最小平均二乗誤差εの初期値ε₀、放射
    電力振幅の最大値Ｔ（ｎ）、及び最小調節回数を記録する計数変数（「カウント
    」）を含む初期値を設定するステップと、 Ｂ．乱数の集合を生成し、Ｗ（ｎ）の変更方向を決定し、前記「ステップ」に
    よってＷ（ｎ）の変更サイズを決定し、式Ｗ^U+1（ｎ）＝Ｗ^U（ｎ）＋ΔＷ^U（ｎ
    ）によってＵ番目の調節のＷ（ｎ）を生成するステップと、 Ｃ．Ｗ（ｎ）及びＴ（ｎ）を比較するステップであって、Ｗ（ｎ）の絶対値が
    Ｔ（ｎ）よりも大きい場合は前記Ｗ（ｎ）生成動作を続行し、Ｗ（ｎ）の絶対値
    がＴ（ｎ）以下である場合は前記最小平均二乗誤差εを計算する、該ステップと
    、 Ｄ．ε及びε₀を比較するステップであって、εがε₀よりも小さい場合はε₀
    をεに等しくなるように設定し、「カウント」をゼロにリセットして前記Ｗ（ｎ
    ）生成動作を続行し、εがε₀以上である場合はεを保持して「カウント」を１
    だけ増加させる、該ステップと、 Ｅ．「カウント」及びＭを比較するステップであって、「カウント」がＭより
    も小さい場合は前記Ｗ（ｎ）生成動作を続行し、「カウント」がＭ以上である場
    合は調節を終了し、結果として生じたＷ（ｎ）を得て、「カウント」をゼロにリ
    セットする、該ステップと、 を含む、前記方法。
12. 【請求項１２】 前記最小平均二乗誤差εが下記式によって計算され、式中
    、Ｐ（φ_i）は、前記アンテナユニットのビーム形成パラメータがＷ（ｎ）で方
    向角度がφである場合のアンテナユニットの放射電力であって前記アンテナアレ
    イのタイプに関連しており、Ａ（φ_i）は等距離でのφ方向の放射強度であり、
    極座標において位相φを有する予想観測点であり、Ｋは、近似方法を用いた際の
    標本点の数であり、Ｃ（ｉ）は重みである、請求項１１に記載の方法。 【数２】
13. 【請求項１３】 解かれるべきＷ（ｎ）の精度、即ち、調節ステップ長の設
    定が、 複素数Ｗ（ｎ）の実部及び虚部それぞれのステップ変化の設定、又は極座標Ｗ
    （ｎ）の振幅及び位相それぞれのステップ変化の設定を含み、 複素数Ｗ（ｎ）の実部及び虚部のステップ変化を用いる場合、新しいＷ（ｎ）
    は、 【外２】 Ｕは、Ｕ番目の調節であり、Ｕ＋１は次の調節である、 ことを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 【請求項１４】 スマートアンテナアレイのカバレッジの改良方法であって
    、 Ａ．前記スマートアンテナアレイを構成するアンテナユニットｎのビーム形成
    パラメータＷ（ｎ）の初期値Ｗ₀（ｎ）、調節終了閾値Ｍ、Ｗ（ｎ）の精度、即
    ち、調節ステップ長（「ステップ」）、最小平均二乗誤差εの初期値ε₀、放射
    電力振幅の最大値Ｔ（ｎ）、最小調節回数を記録する計数変数（「カウント」）
    、及び最小調節ステップ長ｍｉｎ＿ｓｔｅｐを含む初期値を設定するステップと
    、 Ｂ．乱数の集合を生成し、Ｗ（ｎ）の変更方向を決定し、前記「ステップ」に
    よってＷ（ｎ）の変更サイズを決定し、式Ｗ^U+1（ｎ）＝Ｗ^U（ｎ）＋ΔＷ^U（ｎ
    ）によってＵ番目の調節のＷ（ｎ）を生成するステップと、 Ｃ．Ｗ（ｎ）及びＴ（ｎ）を比較するステップであって、Ｗ（ｎ）の絶対値が
    Ｔ（ｎ）よりも大きい場合は前記Ｗ（ｎ）生成動作を続行し、Ｗ（ｎ）の絶対値
    がＴ（ｎ）以下である場合は前記最小平均二乗誤差εを計算する、該ステップと
    、 Ｄ．ε及びε₀を比較するステップであって、εがε₀よりも小さい場合はε₀
    をεに等しくなるように設定し、「カウント」をゼロにリセットして前記Ｗ（ｎ
    ）生成動作を続行し、εがε₀以上である場合はεを保持して「カウント」を１
    だけ増加させる、該ステップと、 Ｅ．「カウント」及びＭを比較するステップであって、「カウント」がＭより
    大きくない場合は前記Ｗ（ｎ）生成動作を続行し、「カウント」がＭより大きい
    場合はステップＦに進む、該ステップと、 Ｆ．前記「ステップ」がｍｉｎ＿ｓｔｅｐに等しいか否かを判断するステップ
    であって、前記「ステップ」がｍｉｎ＿ｓｔｅｐに等しくない場合は前記「ステ
    ップ」を減少して前記Ｗ（ｎ）生成動作を続行し、前記「ステップ」がｍｉｎ＿
    ｓｔｅｐに等しい場合は調節を終了し、結果として生じたＷ（ｎ）及びεを得て
    、「カウント」をゼロにリセットする、該ステップと、 を含む、前記方法。
15. 【請求項１５】 前記最小平均二乗誤差εが下記式によって計算され、式中
    、Ｐ（φ_i）は、前記アンテナユニットのビーム形成パラメータがＷ（ｎ）で方
    向角度がφである場合のアンテナユニットの放射電力であって前記アンテナアレ
    イのタイプに関連しており、Ａ（φ_i）は等距離でのφ方向の放射強度であり、
    極座標において位相φを有する予想観測点であり、Ｋは、近似方法を用いた際の
    標本点の数であり、Ｃ（ｉ）は重みである、請求項１４に記載の方法。 【数３】
16. 【請求項１６】 解かれるべきＷ（ｎ）の精度、即ち、調節ステップ長の設
    定が、 複素数Ｗ（ｎ）の実部及び虚部それぞれのステップ変化の設定、又は極座標Ｗ
    （ｎ）の振幅及び位相それぞれのステップ変化の設定を含み、 複素数Ｗ（ｎ）の実部及び虚部のステップ変化を用いる場合、新しいＷ（ｎ）
    は、 【外３】 Ｕは、Ｕ番目の調節であり、Ｕ＋１は次の調節である、 ことを含む、請求項１４に記載の方法。
17. 【請求項１７】 スマートアンテナアレイのカバレッジの改良方法であって
    、 Ａ．前記スマートアンテナアレイを構成するアンテナユニットｎのビーム形成
    パラメータＷ（ｎ）の初期値Ｗ₀（ｎ）、調節終了閾値Ｍ、Ｗ（ｎ）の精度、即
    ち、調節ステップ長（「ステップ」）、最小平均二乗誤差εの初期値ε₀、放射
    電力振幅の最大値Ｔ（ｎ）、最小調節回数を記録する計数変数（「カウント」）
    、最小平均二乗誤差εの調節終了閾値ε'、及び最小調節ステップ長ｍｉｎ＿ｓ
    ｔｅｐを含む初期値を設定するステップと、 Ｂ．乱数の集合を生成し、Ｗ（ｎ）の変更方向を決定し、前記「ステップ」に
    よってＷ（ｎ）の変更サイズを決定し、式Ｗ^U+1（ｎ）＝Ｗ^U（ｎ）＋ΔＷ^U（ｎ
    ）によってＵ番目の調節のＷ（ｎ）を生成するステップと、 Ｃ．Ｗ（ｎ）及びＴ（ｎ）を比較するステップであって、Ｗ（ｎ）の絶対値が
    Ｔ（ｎ）よりも大きい場合は前記Ｗ（ｎ）生成動作を続行し、Ｗ（ｎ）の絶対値
    がＴ（ｎ）以下である場合は前記最小平均二乗誤差εを計算する、該ステップと
    、 Ｄ．ε及びε'を比較するステップであって、εがε'よりも小さい場合は調節
    を終了し、結果として生じたＷ（ｎ）及びεを得て「カウント」をゼロにリセッ
    トし、εがε'以上である場合はステップＥへ進む、該ステップと、 Ｅ．ε及びε₀を比較するステップであって、εがε₀よりも小さい場合はε₀
    をεに等しくなるように設定し、「カウント」をゼロにリセットして前記Ｗ（ｎ
    ）生成動作を続行し、εがε₀以上である場合はεを保持して「カウント」を１
    だけ増加させる、該ステップと、 Ｆ．「カウント」及びＭを比較するステップであって、「カウント」がＭより
    大きくない場合は前記Ｗ（ｎ）生成動作を続行し、「カウント」がＭより大きい
    場合はステップＧに進む、該ステップと、 Ｇ．前記「ステップ」がｍｉｎ＿ｓｔｅｐに等しいか否かを判断するステップ
    であって、前記「ステップ」がｍｉｎ＿ｓｔｅｐに等しくない場合は前記「ステ
    ップ」を減少して前記Ｗ（ｎ）生成動作を続行し、前記「ステップ」がｍｉｎ＿
    ｓｔｅｐに等しい場合は調節を終了し、結果として生じたＷ（ｎ）及びεを得て
    、「カウント」をゼロにリセットする、該ステップと、 を含む、前記方法。
18. 【請求項１８】 前記最小平均二乗誤差εが下記式によって計算され、式中
    、Ｐ（φ_i）は、前記アンテナユニットのビーム形成パラメータがＷ（ｎ）で方
    向角度がφである場合のアンテナユニットの放射電力であって前記アンテナアレ
    イのタイプに関連しており、Ａ（φ_i）は等距離でのφ方向の放射強度であり、
    極座標において位相φを有する予想観測点であり、Ｋは、近似方法を用いた際の
    標本点の数であり、Ｃ（ｉ）は重みである、請求項１７に記載の方法。 【数４】
19. 【請求項１９】 解かれるべきＷ（ｎ）の精度、即ち、調節ステップ長の設
    定が、 複素数Ｗ（ｎ）の実部及び虚部それぞれのステップ変化の設定、又は極座標Ｗ
    （ｎ）の振幅及び位相それぞれのステップ変化の設定を含み、 複素数Ｗ（ｎ）の実部及び虚部のステップ変化を用いる場合、新しいＷ（ｎ）
    は、 【外４】 Ｕは、Ｕ番目の調節であり、Ｕ＋１は次の調節である、 ことを含む、請求項１７に記載の方法。