JP2003529276A - アンテナアレイのビーム形成技術の使用を最適化する方法及び装置 - Google Patents

アンテナアレイのビーム形成技術の使用を最適化する方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 複数のアンテナを有するアンテナアレイを備えた通信機において、アンテナアレイのビーム形成技術の使用法を最適化する方法及び装置が提供される。通信機は、その通信機から通信ユニットへの方位、及び通信機が複数のアンテナを介して通信ユニットから受信した信号の到達方向を求める。さらに、通信機は、その通信機から通信ユニットへの距離を求め、また、通信機が通信ユニットから受信した複数の信号に基づいて複数の信号品質メトリックを求める。そして、通信機は、求めた方位及び求めた到達方向、求めた距離、求めた信号品質メトリックのいずれか1つあるいはそれ以上に基づいて、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別し、それにより、アンテナアレイのビーム形成技術の使用法を最適化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 〔技術分野〕 本発明は、無線通信システムに関し、特に、無線通信システムにおけるアンテ
ナアレイの使用に関する。
【０００２】 〔発明の背景〕 複数の移動する加入者ユニットと、複数のアンテナを含むアンテナアレイに接
続されたベースサイトとを備えた無線通信システムでは、ベースサイトによるア
クティブな加入者ユニットへの送信が、他のアクティブな加入者ユニットへの送
信に干渉することがある。この干渉により、加入者ユニットが受信する無線周波
数(RF)信号が容認できないほど劣化することがあり、性能が低下して通話できな
くなることもある。干渉を最小限にするために、アンテナアレイのビームパター
ンを適応的に形成して、目的の加入者ユニットに対して信号を集束的に送信し、
同一のベースサイト及びアンテナアレイを使用している他のアクティブな加入者
ユニットに対する干渉を減少させる方法が、開発されてきている。
【０００３】 アンテナアレイのビームパターンを適応的に形成する多くの技術が、提案され
てきている。これらの技術のいくつかは、アンテナアレイのビームを、(ベース
サイトによって加入者ユニットから)最大の信号強度で受信された方向に、集束
させている。すなわち、当該技術は、加入者ユニットから複数のアンテナのそれ
ぞれを介して受信された信号のそれぞれの部分に対して、これら信号部分が合成
される前に、振幅及び位相調整を個別に決定する。これにより、ベースサイトは
、受信信号と干渉信号とを分離し、干渉信号を除去し、受信信号を最適化するこ
とが可能になる。そして次に、ベースサイトが加入者ユニットに信号を送信する
ときに、受信信号に基づいて決定した振幅及び位相調整が、複数のアンテナのそ
れぞれにより送信される信号のそれぞれの部分に適用される。
【０００４】 しかしながら、加入者ユニットに信号を送信する目的でアンテナのビームを形
成するには不都合となる状況がありうる。例えば、加入者ユニットが障害物の背
後に位置していることがある。この場合、受信信号の強度が最大の方向が、加入
者ユニットの方向として認識されているが、当該方向に集束した信号は、障害物
の縁端に集束しているにすぎない。広範囲に送信された信号は、狭い範囲にビー
ム化された信号よりも容易に障害物の周りに散乱し、加入者ユニットに到達する
可能性がビーム化された信号よりも高くなる。信号が集束することが不都合とな
る他の状況として、受信信号の強度に基づいて加入者ユニットの位置を求めるの
がフェーディングにより非常に難しくなる環境に、その加入者ユニットが位置し
ている場合がある。ビーム化された信号が、結局、間違った方向に向けられると
いうことになりかねない。あるいは、加入者ユニットがその電源が原因で、弱い
出力レベルで動作していることもあり、この場合、僅かに方向が違ってビーム化
された信号を、満足に受信することができない。従って、ある状況がアンテナア
レイのビーム形成技術を使用するのに適しているかどうかを判別できる方法及び
装置が、必要とされている。
【０００５】 〔発明の概要〕 複数のアンテナを有するアンテナアレイを備えた通信機において、本発明は、
アンテナアレイのビーム形成技術の使用法を最適化する方法及び装置を提供する
。一実施例において、通信機は、その通信機から通信ユニットへの方位を求め、
その通信機が複数のアンテナのそれぞれを介して通信ユニットから受信した信号
の到達方向を求める。通信機は、方位を到達方向と比較し、両者の差を求め、求
めた差を所定の差の閾値と比較する。そして、通信機は、求めた差を所定の閾値
と比較した結果に基づき、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうか
を判別する。
【０００６】 代替的な実施例では、通信機は、ベースサイト及び通信ユニット間の距離を求
め、求めた距離を所定の距離の閾値と比較する。そして、通信機は、求めた距離
を所定の距離の閾値と比較した結果に基づき、アンテナアレイのビーム形成技術
を使用するかどうかを判別する。
【０００７】 他の代替的な実施例では、通信機は、通信ユニットから受信した複数の信号に
基づき、複数の信号品質メトリック(metric)を求め、複数の信号品質メトリック
を相互に比較し、複数の信号品質メトリックの比較結果に基づき、アンテナアレ
イのビーム形成技術を使用するかどうかを判別する。
【０００８】 求めた差を所定の差の閾値と比較した結果、求めた距離を所定の距離の閾値と
比較した結果、又は複数の信号品質メトリックを相互に比較した結果に基づき、
アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別して、本発明は、間
違った方向にビーム化された信号を通信ユニットが満足な状態で受信できないよ
うな環境では、最大のビーム幅での送信を使用することを決定し、ビーム化され
た信号が通信ユニットへ満足な状態で向けられうるような環境では、アンテナア
レイのビーム形成技術を使用することを決定することにより、アンテナアレイの
ビーム形成技術の使用法を最適化する。
【０００９】 〔好適な実施例の詳細な説明〕 図1〜図5bを参照して、本発明をより充分に説明することができる。図1は、本
発明の好適な一実施例による無線通信システム100のブロック図である。無線通
信システム100には、地理的に異なった複数の通信機101〜103(3つ図示されてい
る)が含まれている。これら通信機101〜103は、、好ましくはベースサイトであ
り、相互に接続されるとともに、ネットワーク120を介してシステムコントロー
ラ122に接続されている。ネットワーク120は、専用回線であるT1電話回線又はマ
イクロウェーブ回線等である。3つのベースサイト101〜103、システムコントロ
ーラ122、及びネットワーク120は、固定基幹施設と総称される。場所が固定され
ているので、各ベースサイト101〜103の正確な位置が、測量や他の地理的位置測
定法により測定されて、高い精度で知られている。システムコントローラ122に
は、プロセッサ124及び対応するメモリ126が含まれている。プロセッサ124は、
マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、又はマイクロコントロー
ラであることが望ましい。メモリ126は、コントローラ122がデータを格納し、プ
ログラムを実行し、演算を実行することを可能にしている。メモリ126には、シ
ステム100における全てのベースサイト101〜103の位置が含まれた位置データベ
ース128が、さらに格納されていることが望ましい。その代わりに、位置データ
ベース128は、システム100のどこに配置されていてもよく、例えば、ベースステ
ーション101〜103のうちの1つに配置されて、システム100の他の構成要素とネッ
トワーク120を介して接続されてもよい。
【００１０】 各ベースサイト101〜103は、各々のサービス有効エリア(service coverage ar
ea)111〜113に、通信サービスを提供する。各有効エリア111〜113は、3つのセク
タ(sector)にさらに分割されている。すなわち、有効エリア111はセクタ131〜13
3に分割され、有効エリア112はセクタ134〜136に分割され、有効エリア113はセ
クタ137〜139に分割されている。各セクタ131〜139は、該セクタの各々の有効エ
リア111〜113範囲である360°における約120°に亘っている。各ベースサイト10
1〜103には、複数のアンテナアレイ141〜143(3つ図示)が含まれていることが望
ましい。ここで、各アンテナアレイは、ベースサイトが設置されている有効範囲
中の各セクタに対応している。そして、各アンテナアレイ141〜143には、複数の
指向性アンテナが含まれている(すなわち、アンテナアレイ141にはアンテナ144,
145(2つ図示)が、アンテナアレイ142にはアンテナ146,147(2つ図示)が、アンテ
ナアレイ143にはアンテナ147,148(2つ図示)が含まれている)。このようにして、
複数の指向性アンテナが、有効エリアの各セクタに対応している。アンテナアレ
イに、より多くのアンテナが含まれれば、より狭い範囲に集束したビームがその
アンテナアレイから送信可能であることが、当業者には理解できる。
【００１１】 図2は、本発明の好適な一実施例によるベースサイト101〜103のブロック図で
ある。各ベースサイト101〜103には、複数のアンテナアレイ141〜143及び対応す
るアンテナ144〜149が、含まれていることが望ましい。各アンテナ144〜149は、
対応する受信ユニット204〜209に接続されている。各受信ユニット204〜209には
、各無線周波数(RF)フィルタ220に接続された復調器224、局部発信器222、及びA
/Dコンバータ226が含まれている。さらに、受信ユニット204〜209は、プロセッ
サ210に接続されている。プロセッサ210は、マイクロプロセッサやデジタル信号
プロセッサ(DSP)であることが望ましい。プロセッサ210及び対応するメモリ212
、好ましくはRAMにより、ベースサイトは、情報を格納し、演算を実行し、ソフ
トウェアプログラムを実行可能である。さらに、各ベースサイト101〜103には、
プロセッサ210に接続されたタイミング基準ユニット214が含まれている。このタ
イミング基準ユニット214は、ベースサイト及び当該タイミング基準ユニット214
に接続された全地球測位衛星(GPS:Global Positioning Satellite)受信機216に
、タイミング基準を提供する。
【００１２】 各ベースサイト101〜103は、ベースサイトがそのタイミング基準ユニット210
を同期させるのに用いる共通のタイムベースにアクセス可能である。好適な実施
例では、共通のタイムベースは、各ベースサイト101〜103におけるGPS受信機212
により提供される。このGPS受信機212は、GPS衛星信号にアクセス可能である。
しかしながら、当業者には、高度に正確な共通のベースタイムを各ベースサイト
101〜103に提供する他の方法を理解することができる。他の方法として、例えば
、ネットワークの一部であって同期のためだけに用いる専用のT1回線を介して、
ベースサイトに接続された同期ユニットであって、この同期ユニットは、共通の
タイムベースを生成し、T1回線を介して各ベースサイト101〜103にタイムベース
を提供するというもの、あるいは、既知の位置にあって、各ベースサイト101〜1
03により受信される信号を送信する移動ユニットであって、その信号は、各ベー
スサイトをタイムベースに同期させる機能を有するというものがある。これら他
の方法は、本発明の意図及び範囲から逸脱することなく、利用されうる。
【００１３】 また、通信システム100には、複数の通信ユニット110が含まれている。図1に
は、そのうちの1つのみが図示されている。通信ユニット110は、セルラ電話又は
無線電話であり、好ましくは図3に示すように、アンテナ308、該アンテナ308及
びマイクロプロセッサ304に接続された送信機300及び受信機302、並びにマイク
ロプロセッサ304に接続されたメモリ306を備えていることが望ましい。
【００１４】 通信ユニット110がシステム100内で移動してゆくと、システムコントローラ12
2は、1つのベースサイト(すなわちベースサイト101)を割り当て、当該通信ユニ
ット110にサービスするベースサイトとして機能させる。サービスするベースサ
イト101は、そのサービス有効範囲111のセクタ(すなわちセクタ131)内に通信ユ
ニットが位置している限りは、通信ユニット110に対する無線通信サービスを管
理し提供する。
【００１５】 通信ユニット110がベースサイト101から受信するRF信号の強度を最適化すると
ともに、ベースサイト101とセクタ131内の他のアクティブな通信ユニットとの間
の通信に、RF信号が干渉することを最小化するために、ベースサイト101は、RF
信号の送信にアンテナアレイのビーム形成技術を使用している。アンテナアレイ
のビーム形成技術により、ベースサイト101は、狭い範囲に集束した信号を通信
ユニットに送信することが可能となる。しかしながら、フェーディングによるRF
信号の受信状態への影響がかなり大きい、あるいは、通信ユニット110及びベー
スサイト101間の視線を遮る障害物があるというような、ある信号伝播状況では
、アンテナのビーム形成技術を使用すると、通信ユニット110への実際の方向と
は異なる方向に、信号のビームが形成されてしまうことがある。アンテナのビー
ム形成技術により測定されてビーム化された信号の方向と、通信機への方向との
不一致に依存するのであれば、むしろ、ベースサイト101が最大のビーム幅で送
信することの方が有利である。従って、本発明は、アンテナのビーム形成技術を
使用するか、その代わりに最大のビーム幅で送信するかを判別することにより、
アンテナアレイのビーム形成技術の使用法を最適化する方法及び装置を提供する
。
【００１６】 システム100が、アンテナのビーム形成方法を使用するかどうかを判別する動
作は、以下の通りである。システム100は、通信ユニット110の地理的位置を測定
する。好適な実施例では、通信ユニット110は、共通のタイムベースに同期して
おり、各ベースサイト101〜103へ信号を送信する。この信号には、識別符号列の
ような識別子であって通信ユニット110に一意的に対応したものが含まれ、さら
に、同期符号、パイロット符号、共通のタイムベースを基準とした送信時刻表示
が含まれている。通信ユニット110から信号を受信すると、各ベースサイト101〜
103は、信号の到達時刻を測定して、測定した到達時刻を、サービスするベース
サイト101へ送信する。ベースサイト101のプロセッサ210は、位置データベース1
28に照会してベースサイト101〜103の位置を取得し、ベースサイトの位置、各ベ
ースサイト101〜103から受信した到達時刻情報、及び、メモリ212にプログラム
として格納された三角測量又は他の地理的交差(geograplrical intersection)技
術を用いることに基づいて、通信ユニット110の位置を求める。そして、プロセ
ッサ210は、求めた位置をメモリ212に格納する。
【００１７】 本発明の代替的な実施例では、各ベースサイト101〜103は、各々が測定した到
達時刻をコントローラ122へ送信する。コントローラ122のプロセッサ124は、位
置データベース128に照会してベースサイト101〜103の位置を取得し、ベースサ
イトの位置、各ベースサイト101〜103から受信した到達時刻情報、及び、メモリ
126にプログラムとして格納された三角測量又は他の地理的交差技術を用いるこ
とに基づいて、通信ユニット110の位置を求める。そして、コントローラ122は、
通信ユニット110の位置をベースサイト101に伝達し、そこで、その位置がメモリ
212に格納される。
【００１８】 本発明の他の代替的な実施例では、各ベースサイト101〜103は、通信ユニット
110の地理的位置を測定するために、該通信ユニット110に信号を送信する。各信
号には、識別符号列のような識別子であってそれぞれの信号を送信するベースサ
イト101〜103に一意的に対応したものが含まれている。また、各信号には、共通
のタイムベースを基準とした送信時刻表示が含まれている。ベースサイト101〜1
03から信号を受信すると、通信ユニット110は、各信号に関して他の各信号に対
する到達時間差を求め、求めた到達時間差を、ベースサイト101〜103の1つを通
じてコントローラ122へ送信する。コントローラ122のプロセッサ124は、位置デ
ータベース128に照会してベースサイト101〜103の位置を取得し、ベースサイト
の位置、通信ユニット110から受信した到達時間差情報に基づいて、及び、メモ
リ126にプログラムとして格納された三角測量又は他の地理的交差技術を用いる
ことにより、通信ユニット110の位置を求める。そして、コントローラ122は、通
信ユニット110の位置をベースサイト101に伝達し、そこで、その位置がメモリ21
2に格納される。
【００１９】 本発明のさらなる他の代替的な実施例では、通信ユニット110には、マイクロ
プロセッサ304及びアンテナ308に接続されたGPS受信機が、さらに含まれており
、該GPS受信機を使用して、GPS衛星の配列のうちの少なくとも3つからの信号を
受信することにより、自身の地理的位置を自己測定する。そして、通信ユニット
110'好ましくはマイクロプロセッサ304は、衛星の信号に基づいて、及び、GPSシ
ステムに適用された周知の三角測量技術に従って、自身の位置を求める。この技
術は、プログラムとしてメモリ306に格納されている。次に、通信ユニット110は
、求めた位置をベースサイト101へ伝達し、そこで、その位置がメモリ212に格納
される。
【００２０】 そして、ベースサイト101のプロセッサ210、あるいはその代わりにコントロー
ラ122のプロセッサ124は、ベースサイト101及び通信ユニット110間の距離を算出
する。プロセッサ210は、メモリ212又はその代わりにメモリ126に格納された距
離算出アルゴリズムを実行する。このアルゴリズムは、位置データベース128に
格納されたベースサイト101の位置と、測定されてメモリ212又はその代わりにメ
モリ126に格納された通信ユニット110の位置とを利用する。また、プロセッサ21
0は、ベースサイト101から通信ユニット110への方位を、格納された2つの位置に
基づいて算出する。プロセッサ210は、算出した距離と、予め設定されてメモリ2
12に格納された所定の距離の閾値、例えば150メートルとを比較する。所定の距
離の閾値を決定するのに考慮される要素として、セクタ(すなわちセクタ131)内
における通信ユニットの平均速度、及びセクタ内に存在する障害物があり、通信
ユニットが、サービスするベースサイトに接近していて、最大の帯域幅のビーム
がその通信ユニットに到達するのに充分なエネルギーを有している場合、あるい
は、狭い範囲に集束したビームが頻繁に再調整される必要があるほどに通信ユニ
ットが敏速に位置を変える場合には、最大のビーム幅のビームが望ましい。当業
者には、所定の距離の閾値として様々な距離が用いられうること、そして、用い
られる個々の閾値がシステムの設計者次第であることが理解できる。
【００２１】 算出された距離が、所定の距離の閾値以下である場合には、ベースサイト101
は、アンテナアレイのビーム形成技術を使用せず、その代わりに、最大のビーム
幅で送信する旨、決定する。算出された距離が、所定の距離の閾値より大きい場
合には、プロセッサ210は、測定された通信機110の位置、及びベースサイト101
が通信ユニット110から受信した信号の到達方向(DOA:direction of arrival)に
基づき、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうか判別する。このDO
Aは、以下に説明するように求められる。
【００２２】 システム100は、ベースサイトが、該ベースサイトによりサービスされる通信
ユニットから受信した信号のDOAを、次のように求める。セクタ(すなわちセクタ
131)内に位置している通信ユニット(すなわち通信ユニット110)であって、サー
ビスするベースサイト(すなわちベースサイト101)からサービスを受けているも
のには、当該通信ユニット110及びベースサイト101間の無線周波数(RF)通信用の
通信チャネル(好ましくは周波数帯域が含まれる)が割り当てられる。通信ユニッ
ト110は、RF信号150を、割り当てられた通信チャネルでベースサイト101へ送信
する。このRF信号150は、アンテナアレイ141の各アンテナ144,145で受信可能で
ある。
【００２３】 信号150は、アンテナアレイ141における複数のアンテナ144,145のうちの第1の
アンテナ144で受信されて、第1の受信信号が発生し、複数のアンテナ144,145の
うちの第2のアンテナ145で受信されて、第2の受信信号が発生する。アンテナ144
は、第1の受信信号を、複数の受信ユニット204〜209のうちの第1の受信ユニット
204へ伝達し、アンテナ145は、第2の受信信号を、複数の受信ユニット204〜209
のうちの第2の受信ユニット205へ伝達する。
【００２４】 受信ユニット204では、第1の受信信号がRFフィルタ220に伝達され、そこで、
信号から帯域外のノイズが除去されて、第1のフィルタリングされた信号が発生
する。第1のフィルタリングされた信号は、局部発信器222により生成された基準
信号とともに復調器224に伝達される。基準信号の周波数は、信号150の周波数と
ほぼ同じであることが望ましい。復調器224は、第1のフィルタリングされた信号
を基準信号にミキシングして、第1のベースバンド信号を生成する。第1のベース
バンド信号は、A/D226に伝達される。このA/D226は、第1のベースバンド信号を
デジタル化して、第1のデジタルベースバンド信号を生成する。そして、受信ユ
ニット204は、第1のデジタルベースバンド信号をプロセッサ210へ伝達する。
【００２５】 第1の受信信号の処理と同様に、受信ユニット205では、第2の受信信号がRFフ
ィルタ220に伝達され、そこで、信号から帯域外のノイズが除去されて、第2のフ
ィルタリングされた信号が発生する。第2のフィルタリングされた信号は、局部
発信器222により生成された基準信号とともに復調器224に伝達される。基準信号
の周波数は、信号150の周波数とほぼ同じであることが望ましい。復調器224は、
第2のフィルタリングされた信号を基準信号にミキシングして、第2のベースバン
ド信号を生成する。第2のベースバンド信号は、A/D226に伝達される。このA/D22
6は、第2のベースバンド信号をデジタル化して、第2のデジタルベースバンド信
号を生成する。そして、受信ユニット206は、第2のデジタルベースバンド信号を
プロセッサ210へ伝達する。
【００２６】 第1のデジタルベースバンド信号及び第2のデジタルベースバンド信号のそれぞ
れを受信すると、プロセッサ210は、第1のデジタルベースバンド信号及び第2の
デジタルベースバンド信号のそれぞれについて、到達時刻(TOA:time of arrival
)を求めるか、その代わりに、到達位相を求める。各TOA又は到達位相は、共通の
タイムベースを基準として、第1の受信信号及び第2の受信信号のそれぞれを受信
するアンテナ144,145からプロセッサ210への経路における既知の遅延に基づいて
、求められる。これらの遅延は、メモリ212に格納されている。
【００２７】 そして、プロセッサ210は、信号150の到達方向(DOA)を、メモリ212に格納され
たDOAアルゴリズムを実行することにより算出する。DOAアルゴリズムは、第1及
び第2の受信信号のそれぞれについてTOAを求めることに基づくとともに、さらに
、アレイ141の複数のアンテナ144,145のそれぞれの、当該アレイにおける他のア
ンテナに関しての所定の空間離隔距離及び方位配列に基づいて、信号150のDOAを
算出する。複数のアンテナ144,145の各々の空間離隔距離、好ましくは2分の1波
長及び方位配列は、メモリ212に格納されていることが望ましい。その代りに、D
OAアルゴリズムは、複数のアンテナ144,145のそれぞれで受信された信号の位相
、並びに、当該複数のアンテナの各々についての所定の空間離隔距離及び配列に
基づいて、信号150のDOAを算出してもよい。DOAを算出するのに、多くのアルゴ
リズムが利用可能である。このようなアルゴリズムの1つで、好適な実施例で使
用されるものとして、回転不変性手法による信号パラメータ推定(ESPRIT:Estima
tion of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)アルゴリ
ズムがある。このアルゴリズムは、“ESPRIT-Estimation of Signal Parameters
via Rotational Invariance Techniques," IEEE Transactions on Accoustics,
Speech, and Signal Processing, vol. 37, no. 7, July 1989 の論文で記述さ
れている。ここで使用可能な他のアルゴリズムとして、多重信号識別及び分類(M
USIC:Multiple Signal Identification and Classification)がある。そして、
プロセッサ210は、算出されたDOAをメモリ212へ伝達し、算出されたDOAはここで
データ配列として格納される。
【００２８】 好適な実施例では、プロセッサ210が通信ユニット110からアレイ141の複数の
アンテナ144,145のそれぞれを介して信号を受信し、受信した信号についてDOAを
算出し、DOAをメモリ212に格納するという上記の手順が、1.25ミリ秒(ms)毎に繰
り返される。DOAを320回算出してメモリ212のデータアレイに蓄積するのに約0.4
秒かかり、その後、プロセッサ210は、算出されて蓄積されたDOAに基づき、メモ
リ212に格納された統計解析プログラムを実行することにより、DOAの平均及びDO
Aの分散を算出する。DOAの平均は、ベースサイト101が通信ユニット110から受信
した信号の入射方向に基づいたベースサイト101から通信ユニット110への推定さ
れた地理的方向を構成している。
【００２９】 そして、システム100は、ベースサイト101から通信ユニット110への推定され
た地理的方向を、ベースサイト101から通信ユニット110への算出された方位と比
較し、推定された地理的方向と算出された方位との差を算出し、算出した差を差
の閾値と比較する。図4には、比較を行って差を算出するためにベクトルを用い
ることが図示されている。この図4は、読者が本発明の原理をよりよく理解でき
るように提示されている。プロセッサ210は、ベースサイト101から通信ユニット
110の算出された地理的位置へ向かう(すなわち、ベースサイト101から通信ユニ
ット110への算出された方位)第1のベクトル404、及びベースサイト101から通信
ユニット110への推定された地理的方向へ向かう第2のベクトル406を算出する。
次に、プロセッサ210は、第1のベクトル404と第2のベクトル406との角度の差408
(すなわち、交差角:cross-angle)を算出する。
【００３０】 プロセッサ210は、交差角408を、所定の角度の閾値と比較する。所定の角度の
閾値は、送信された信号が通信ユニットに到達する確率を最大化しようとするこ
と、及び、セクタ(すなわちセクタ131)内の他の送信に干渉する確率を最小化し
ようとすることに、基づく値である。セクタ131内のトラフィックレベル、セク
タの地理的特徴(丘や建物等)、セクタ131における信号伝播を特徴づけるのに用
いられる信号伝播モデル、及びアンテナアレイにおけるアンテナの個数というよ
うな要因が、予め定められる角度の閾値を選択するのに考慮されてもよい。例え
ば、アンテナアレイ141に2つのアンテナが含まれている場合には、約80°の交差
角が適切であろうし、一方、アンテナアレイは、より多くのアンテナを備えてい
るほど、より狭い範囲に集束したビームを送信できるので、アンテナアレイ141
に4つのアンテナが含まれている場合には、約50°の交差角が適切であろう。
【００３１】 交差角408が予め定められた角度の閾値より大きければ、ベースサイト101は、
アンテナアレイのビーム形成技術を使用せずに、その代わりに、最大のビーム幅
で送信することを、決定する。しかし、交差角408が予め定められた角度の閾値
以下であるとともに、先に詳述したように、ベースサイト101と通信ユニット110
の求められた地理的位置との間の距離(算出された距離402として図4に示す)が予
め定められた距離の閾値より大きければ、プロセッサ210は、アンテナアレイの
ビーム形成技術を使用するかどうかを、以下に述べる信号品質メトリック変化率
に基づいて判別する。
【００３２】 信号品質メトリック変化率は、信号品質メトリックを複数求めることに基づく
ものである。この信号品質メトリックは、以下のように求められる。図2に示す
ように、各ベースサイト101〜103には、RF入力信号スペクトル解析手段232、好
ましくは、受信したRF信号150のスペクトルを解析するスペクトラムアナライザ
に接続された信号加算器230が、さらに含まれている。信号加算器230及びスペク
トラムアナライザ232は、いずれも、プロセッサ210に含まれていることが望まし
い。第1の受信信号から得られた第1のデイジタルベースバンド信号、及び第2の
受信信号から得られた第2のデイジタルベースバンド信号は、加算器230にて合成
され、合成ベースバンド信号となる。そして、合成ベースバンド信号は、スペク
トラムアナライザ232に入力され、信号品質メトリック、好ましくは信号対雑音
比(SNR)が算出される。当業者には、信号電力やビット誤り率(デジタル通信シス
テムの場合)といった、本発明の意図及び範囲から逸脱することなく利用されう
る様々な信号品質メトリックがあることがわかる。ここでSNRを用いることは、
本発明の原理をよりよく説明するために、信号品質メトリックの一例を読者に提
示することを意味している。
【００３３】 SNRは、スペクトル解析技術により求められる。合成ベースバンド信号のスペ
クトルは、スペクトラムアナライザ232にて解析される。好適な実施例では、ス
ペクトラムアナライザ232の機能は、プロセッサ210により実行される。プロセッ
サ210は、合成ベースバンド信号の周波数成分及びそれらの大きさを求めるため
に、合成ベースバンド信号を高速フーリエ変換(FFT)する。そして、周波数成分
の大きさは、通信チャネルにおいて、並びに、通信チャネルに隣接した上部周波
数帯域及び下部周波数帯域においての合計出力を、好ましくはミリワットを基準
としたデシベル(dBm)で、算出するのに用いられる。そして、プロセッサ210は、
その帯域及び隣接した帯域での合計出力レベルを算出してSNRを求め、そのSNRを
メモリ212に格納する。当業者には、合成ベースバンド信号の周波数スペクトル
を取得するために離散変換を行うことや、その帯域と隣接した帯域との合計出力
レベルを比較するために平均出力を算出することといった、本発明の意図及び範
囲から逸脱することなくここで利用されうる他の周知のスペクトル解析技術があ
ることがわかる。ここでFFT及び合計出力を用いることは、本発明の原理をより
よく説明するために、スペクトル解析技術の一例を読者に提示することを意図し
ている。
【００３４】 好適な実施例では、ベースサイト101は、通信ユニット110から受信した信号に
対して、周期的に、好ましくは0.4秒毎に、信号品質メトリックを上記のように
算出して格納する。プロセッサ210は、メモリ212を参照し、新たに算出した各信
号品質メトリック(すなわちSNR)を直前の信号品質メトリックと比較して、信号
品質メトリック変化率(すなわちSNRの変化率)を、2つの信号品質メトリックの差
に基づいて算出する。そして、プロセッサ210は、算出した信号品質メトリック
変化率を、所定の信号品質メトリック変化率の閾値と比較する。この変化率の閾
値は、システム100の設計者により、好ましくはセクタ(すなわちセクタ131)にお
けるトラフィックパターン及びトラフィックレベル、並びにそのセクタ内の障害
物の数といった要因に基づいて決定される。当業者には、所定の信号品質メトリ
ック変化率の閾値として様々な値が、本発明の意図及び範囲から逸脱することな
く用いられうることが理解できる。
【００３５】 好適な実施例において、所定の変化率の閾値は、システム100に許容される信
号品質の劣化率の最大値に等しい。なお、信号品質の劣化は、フェーディングも
しくは障害物又は様々な他の要因によるものである。その値を超えた場合、シス
テム100、好ましくはベースサイト101は、アンテナアレイのビーム形成技術を使
用しない。プロセッサ210は、新たに算出した信号品質メトリックを、直前の信
号品質メトリックから減算して、信号品質メトリック変化率を算出する。その差
が所定の変化率の閾値より大きければ、プロセッサ210は、通信ユニット110への
送信に最大のビーム幅を使用する。例えば、単に本発明の原理を説明するために
、新たに算出されたSNRが「-10dBm」であって、その直前のSNRが「0dBm」であっ
たとすると、信号品質メトリック変化率は、「0dBm-(-10dBm)=10dBm/秒」となる
。算出された変化率(10dBm/秒)は、所定の変化率の閾値、例えば「8dBm/秒」と
比較される。算出された変化率が変化率の閾値よりも大きければ、プロセッサは
、通信ユニット110への送信に最大のビーム幅を使用する。しかしながら、算出
された変化率が変化率の閾値以下であるとともに、上述のように交差角408が所
定の角度の閾値以下であって算出された距離402が所定の距離の閾値よりも大き
ければ、プロセッサ210は、アンテナアレイのビーム形成技術を使用することを
決定する。
【００３６】 アンテナのビーム形成技術は、当該技術分野において周知のものである。多く
のものが、アンテナのビームを、(ベースサイト101が通信ユニット110から受信
した)受信信号が最大となる方向に集束させることに基づくものである。好適な
実施例では、ベースサイト101は、米国特許第5,936,569号の「アンテナパターン
を調整する方法及び装置(Method and Arrangement for Adjusting Antenna Patt
ern)」に記載されたアンテナのビーム形成技術を使用する。この米国特許第5,93
6,569号は、本発明の譲受人に譲渡されたものであり、ここに一体に組み入れら
れる。アンテナのビームのパターンを決定する技術は、本発明にとって決定的な
ものではなく、当業者には、多くのビーム形成技術のどれでもが、本発明の意図
及び範囲から逸脱することなくここで利用されうることが理解できる。
【００３７】 本発明の好適な実施例では、システム100が算出した要素間の3つの差、及び予
め設定された所定の3つの閾値が、アンテナアレイのビーム形成技術の使用を判
断するのに先立って考慮される。しかしながら、本発明の代替的な実施例では、
システム100、好ましくはベースサイト101は、アンテナアレイのビーム形成技術
を使用するかどうかを、算出した3つの差のうちの任意の1つに基づいて判断する
。すなわち、ベースサイト101は、算出した距離402が所定の距離の閾値よりも大
きいときに、アンテナアレイのビーム形成技術を使用し、算出した距離402が所
定の距離の閾値以下であるときに、最大のビーム幅での送信を使用する旨、決定
してもよい。その代りに、ベースサイト101は、交差角408が所定の交差角以下で
あるときに、アンテナアレイのビーム形成技術を使用し、交差角408が所定の交
差角より大きいときに、最大のビーム幅での送信を使用する旨、決定してもよい
。あるいは、他の代替的な実施例では、ベースサイト101は、算出した信号品質
メトリック変化率が所定の信号品質メトリック変化率以下であるときに、アンテ
ナアレイのビーム形成技術を使用し、算出した信号品質メトリック変化率が所定
の信号品質メトリック変化率より大きいときに、最大のビーム幅での送信を使用
する旨、決定してもよい。
【００３８】 ある状況においてアンテナアレイのビーム形成技術を使用し、他の状況におい
て最大のビーム幅を使用する旨を判断することにより、本発明は、ベースサイト
101により送信される信号が通信ユニット110に受信される確率を最適化するとと
もに、通信ユニット110への送信がセクタ131内の他の通信ユニットへの送信に干
渉する可能性を最小化しようとするものである。このことにより、アンテナアレ
イのビーム形成技術の使用法が最適化される。ベースサイト101から通信ユニッ
ト110への方位と、通信ユニット110から受信された信号の到達方向との差が、所
定の閾値を超えていることが、アンテナアレイのビームを受信信号の強度が最大
となる方向に集束させるアンテナアレイのビーム形成技術により、アンテナのビ
ームが間違った方向に向けられることになる。このような例では、アンテナの最
大のビーム幅を使用することで、ベースサイト101により送信された信号を通信
ユニット110が受信することを、より確実にすることができる。さらに、信号品
質メトリックの変化率を監視することにより、ベースサイト101は、通信ユニッ
トがやや異なった方向にビーム化された信号を許容限度内で受信することができ
ないのかどうかを、判断可能である。例えば、通信ユニットがビルの背後を通過
したり、都市の深い谷間を通過中であったりするのであれば、最大のビーム幅で
送信して回折や散乱が生じることが、より適切となりうる。さらに、通信ユニッ
ト110がベースサイトの所定の距離内にあるときには、最大のビーム幅での送信
で、通信ユニット110に到達するためのエネルギーが充分なはずであるのに対し
て、狭い範囲に集束したビームでは、通信ユニット110の移動に追随不能となる
おそれがある。
【００３９】 図5は、本発明の好適な実施例により、アンテナアレイのビーム形成技術を使
用するかどうかを判別してアンテナアレイのビーム形成技術の使用法を最適化す
るために、通信機が実行するステップの論理フローチャート500である。好適な
実施例では、通信機は、複数のアンテナを有するアンテナアレイを備えたベース
サイトである。さらに、通信機には、複数の受信ユニットであって、複数のアン
テナのうちの各アンテナが、当該複数の受信ユニットのうちの個別の受信ユニッ
トに接続されたものと、当該複数の受信ユニットのそれぞれに接続されたプロセ
ッサと、該プロセッサに接続されたメモリとが含まれている。
【００４０】 論理フローが開始し(501)、通信機、好ましくはベースサイトが、通信ユニッ
ト、好ましくはセルラ電話や無線電話の位置を求める(502)。通信機は、複数の
通信機のそれぞれに対する信号の到達時刻に基づくとともに、複数の通信機のそ
れぞれの地理的位置を格納した位置データベースを参照することにより、通信ユ
ニットの位置を求めることが望ましい。通信機は、好ましくは位置データベース
を参照することにより、自身の位置を求め(503)、通信機の位置及び通信ユニッ
トの位置間の距離を求める(504)。通信機は、算出した距離を所定の距離の閾値
と比較し(505)、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別す
る(506)。
【００４１】 算出した距離が所定の距離の閾値以下である場合には、通信機は、最大のビー
ム幅で送信することを決定し(507)、論理フローは終了する(508)。算出した距離
が所定の距離の閾値より大きい場合には、通信機は、アンテナアレイのビーム形
成技術を使用することを決定する前に、到達方向(DOA)をも求める。
【００４２】 DOAを求めるために、通信機は、複数のアンテナのうちの第1のアンテナを介し
て通信ユニットから信号を受信し、第1の受信信号を生成し(509)、複数のアンテ
ナのうちの第2のアンテナを介して通信ユニットから信号を受信し、第2の受信信
号を生成する(510)。そして、通信機は、第1の受信信号及び第2の受信信号に基
づいて、信号のDOAを算出する(511)。好適な実施例では、通信機は、第1の受信
信号の到達時刻及び第2の受信信号の到達時刻を測定する。あるいはその代わり
に、通信機は、第1の受信信号の位相及び第2の受信信号の位相を測定する。そし
て、通信機は、メモリに格納されたDOAアルゴリズムを実行することにより、第1
の受信信号及び第2の受信信号についての測定された到達時刻又はその代替とし
ての位相に基づき、信号のDOAを算出する。算出された信号のDOAは、通信機が通
信ユニットから受信した信号に基づいた通信機から通信ユニットへの推定された
地理的方向を構成している。
【００４３】 通信機は、通信機から通信ユニットの測定された位置への方位を決定し(512)
、その方位を信号のDOAと比較する(513)。好適な実施例では、通信機は、方位に
基づいて第1のベクトルを求め、DOAに基づいて第2のベクトルを決定する。そし
て、通信機は、2つのベクトルを比較して、これら2つのベクトルの比較に基づき
、方位とDOAとの差を算出する(514)。この差は、2つのベクトル間の角度の差(す
なわち交差角)として算出される。
【００４４】 通信機は、第1のベクトルと第2のベクトルとの間の算出された差、すなわち交
差角を、所定の差の閾値、好ましくは所定の角度の閾値と比較し(515)、その比
較結果により、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判断する
(516)。算出された差が所定の角度の閾値よりも大きいときには、通信機は、ア
ンテナアレイのビーム形成技術を使用せずに、その代わりに、最大のビーム幅で
の送信を使用する旨を決定し(517)、論理フローが終了する(508)。算出された差
が所定の角度の閾値以下であるときには、通信機は、アンテナアレイのビーム形
成技術を使用することを決定する前に、信号品質メトリック変化率をさらに求め
る。
【００４５】 信号品質メトリック変化率を求めるために、通信機は、通信ユニットが当該通
信機へ送信した複数の信号のうちの第1の信号を受信し(518)、この第1の信号に
基づいて第1の信号品質メトリックを算出する(519)。また、通信機は、複数の信
号のうちの第2の信号を受信し(520)、この第2の信号に基づいて第2の信号品質メ
トリックを算出する(521)。ここで、第2の信号は、第1の信号とは異なるもので
ある。第1及び第2の信号品質メトリックは、いずれも、信号対雑音比(SNR)であ
ることが望ましい。しかしながら、当業者には、信号電力やビット誤り率のよう
な他の信号品質メトリックが、ここで、本発明の意図及び範囲から逸脱すること
なく利用されうることが理解できる。通信機は、第1の信号品質メトリックを第2
の信号品質メトリックと比較し(522)、この第1の信号品質メトリックと第2の信
号品質メトリックとの比較結果に基づき、信号品質メトリック変化率を算出する
(523)。
【００４６】 通信機は、信号品質メトリック変化率を所定の信号品質メトリック変化率の閾
値と比較し(524)、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判断
する(525)。通信機がアンテナアレイのビーム形成技術を使用しない旨を決定す
る前に、上述の如く、所定の信号品質メトリック変化率の閾値は、フェーディン
グもしくは障害物又は様々な他の要因による通信機に許容される信号品質の最大
劣化率に等しい。信号品質メトリック変化率が所定の変化率の閾値よりも大きい
ときには、通信機は、最大のビーム幅による送信を使用し(526)、論理フローが
終了する(508)。信号品質メトリック変化率が所定の変化率の閾値以下であり、
算出された距離が決められた距離の閾値よりも大きく、角度の差が所定の角度の
閾値以下であるときには、通信機は、アンテナのビーム形成技術を使用し(527)
、論理フローが終了する(508)。
【００４７】 本発明の好適な実施例では、アンテナアレイのビーム形成技術を使用すること
が決定されるのに先立って、算出された3つのもの(すなわち、通信ユニットへの
算出された距離、通信ユニットへの方位とDOAとの算出された差、及び算出され
た信号品質メトリック変化率)のいずれもが、3つのそれぞれの閾値(所定の距離
の閾値、所定の差の閾値、及び所定の信号品質メトリック変化率の閾値)と比較
されている。しかしながら、当業者には、通信機がアンテナアレイのビーム形成
技術を使用するかどうかを判断するのに、(501)〜(527)の全てのステップが必須
であるというわけではないことが理解できる。本発明の第1の代替的な実施例で
は、通信機は、ステップ(502)〜(506)を実行する。そして、算出された距離が所
定の距離の閾値以下であるときには、(ステップ(506))、アンテナアレイは、最
大のビーム幅で送信を行い(507)、論理フローが終了する(508)。算出された距離
が所定の距離の閾値より大きいときには、(ステップ(506))、アンテナアレイは
、アンテナのビーム形成技術を使用し(ステップ(527))、論理フローが終了する
。
【００４８】 本発明の第2の代替的な実施例では、通信機は、ステップ(502)及び(509)〜(51
6)を実行する。そして、通信機の位置とDOAとの求められた差が、所定の差の閾
値よりも大きいときには(ステップ(516))、アンテナアレイは、最大のビーム幅
で送信を行い(517)、論理フローが終了する(508)。算出された距離が所定の差の
閾値以下であるときには(ステップ(516))、アンテナアレイは、アンテナのビー
ム形成技術を使用し(ステップ(527))、論理フローが終了する(508)。
【００４９】 本発明の第3の代替的な実施例では、通信機は、ステップ(518)〜(525)を実行
する。そして、通信機の位置とDOAとの求められた差が、所定の差の閾値よりも
大きいときには(ステップ(525))、アンテナアレイは、最大のビーム幅で送信を
行い(526)、論理フローが終了する(508)。算出された距離が所定の差の閾値以下
であるときには(ステップ(525))、アンテナアレイは、アンテナのビーム形成技
術を使用し(527)、論理フローが終了する(508)。
【００５０】 つまり、本発明は、アンテナアレイのビーム形成技術を、通信機、好ましくは
ベースサイトによる通信ユニットへのRF信号送信に使用するかどうかを判別する
ことにより、アンテナアレイのビーム形成技術の使用法を最適化する方法及び装
置を提供している。ベースサイトにはアンテナアレイが含まれており、該アンテ
ナアレイには複数のアンテナが含まれている。ベースサイトは、通信ユニットの
地理的位置を求め、ベースサイトから通信ユニットの求められた位置への方位を
求め、ベースサイトが複数のアンテナのそれぞれを介して通信ユニットから受信
した信号のDOAを求める。ベースサイトは、方位をDOAと比較し、その比較結果に
基づいて差を算出し、算出した差を所定の差の閾値と比較する。また、ベースサ
イトは、ベースサイト及び通信ユニット間の距離を算出し、算出した距離を所定
の距離の閾値と比較する。また、ベースサイトは、通信ユニットから受信した信
号に基づき、複数の信号品質メトリックを算出し、これら信号品質メトリックに
基づいて信号品質メトリック変化率を算出し、算出した信号品質メトリック変化
率を所定の信号品質メトリック変化率の閾値と比較する。算出した差、算出した
距離、及び算出した信号品質メトリック変化率をそれぞれの閾値と比較した結果
に基づき、ベースサイトは、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどう
かを判断する。
【００５１】 本発明を利用することにより、ベースサイトは、該ベースサイトにより送信さ
れる信号が通信ユニットに受信される確率を最適化するとともに、通信ユニット
への送信が他の通信ユニットへの送信に干渉する可能性を最小化している。本発
明は、アンテナアレイのビーム形成技術を使用すると、フェーディングあるいは
通信ユニット及びベースサイト間の障害物のために、ビーム化された信号が間違
った方向へ向けられてしまうような環境においては、最大のビーム幅での送信を
使用することにより、アンテナアレイのビーム形成技術の使用法を最適化してい
る。なお、ビーム化された信号が間違った方向へ向けられてしまうと、通信ユニ
ットは、その信号を満足に受信できない。しかしながら、フェーディングや障害
物の影響があまり大きくない環境においては、本発明は、アンテナアレイのビー
ム形成技術を使用することにより、アンテナアレイのビーム形成技術の使用法を
最適化する。これにより、信号がビーム化されて、近くの通信ユニットへの送信
に対する干渉が最小化される。
【００５２】 本発明は、特定の実施例を参照して詳細に説明され記述されているが、当業者
には、本発明の意図及び範囲から逸脱することなく形態及び細部についての様々
な変更がなされうることが、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な一実施例による無線通信システムのブロック図を示す図である
。
【図２】 本発明の好適な一実施例による図1におけるベースサイトのブロック図を示す
図である。
【図３】 本発明の好適な一実施例による図1における通信ユニットのブロック図を示す
図である。
【図４】 本発明の好適な一実施例によるアンテナアレイのビーム形成技術の使用判別に
ベクトルを用いることを示す図である。
【図５Ａ】 本発明の好適な一実施例によるアンテナアレイのビーム形成技術の使用判別に
通信機が実行するステップの論理フローチャートを示す図である。
【図５Ｂ】 図５Ａの続きであり、本発明の好適な一実施例によるアンテナアレイのビーム
形成技術の使用判別に通信機が実行するステップの論理フローチャートを示す図
である。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のアンテナを有するアンテナアレイを備えた通信機が含
    まれた無線通信システムにおいて、アンテナアレイのビーム形成技術を使用する
    かどうかを判別し、それによりアンテナアレイのビーム形成技術の使用法を最適
    化する方法であって、 通信ユニットの位置を求めるステップと、 前記通信機の位置を求めるステップと、 前記通信ユニット及び前記通信機間の距離を求めるステップと、 求めた距離を所定の距離の閾値と比較するステップと、 求めた距離を所定の距離の閾値と比較した結果に基づき、アンテナアレイのビ
    ーム形成技術を使用するかどうかを判別するステップとを、備えた方法。
  2. 【請求項２】 前記のアンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうか
    を判別するステップは、求めた距離が所定の距離の閾値より大きい場合に、アン
    テナアレイのビーム形成技術を使用することを決定するステップを備えた請求項
    1記載の方法。
  3. 【請求項３】 複数のアンテナを有するアンテナアレイを備えた通信機が含
    まれた無線通信システムにおいて、アンテナアレイのビーム形成技術を使用する
    かどうかを判別し、それによりアンテナアレイのビーム形成技術の使用法を最適
    化する方法であって、 前記通信機から通信ユニットの位置への方位を求めるステップと、 第1の受信信号を生成するために、前記複数のアンテナのうちの第1のアンテナ
    を介して、前記通信ユニットから信号を受信するステップと、 第2の受信信号を生成するために、前記複数のアンテナのうちの第2のアンテナ
    を介して、前記通信ユニットから前記信号を受信するステップと、 前記第1の受信信号及び前記第2の受信信号に基づき、前記信号の到達方向を求
    めるステップと、 前記通信ユニットの位置を、前記信号の到達方向と比較するステップと、 その比較結果に基づいて、前記方位と前記到達方向との差を求めるステップと
    、 前記の求めた差に基づいて、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかど
    うかを判別するステップとを、備えた方法。
  4. 【請求項４】 前記の求めた差を所定の差の閾値と比較するステップをさら
    に備え、前記のアンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別する
    ステップは、前記の求めた差を所定の差の閾値と比較した結果に基づいてアンテ
    ナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステップを備えた請求
    項3記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記信号の到達方向を求めるステップは、 前記第1の受信信号の到達時刻を求めるステップと、 前記第2の受信信号の到達時刻を求めるステップと、 前記第1の受信信号の到達時刻及び第2の受信信号の到達時刻に基づいて、前記
    信号の到達方向を求めるステップとを、備えた請求項3記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記信号の到達方向を求めるステップは、 前記第1の受信信号の位相を求めるステップと、 前記第2の受信信号の位相を求めるステップと、 前記第1の受信信号の位相及び第2の受信信号の位相に基づいて、前記信号の到
    達方向を求めるステップとを、備えた請求項3記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記通信ユニットの位置を、前記信号の到達方向と比較する
    ステップは、 前記方位に基づいて、第1のベクトルを求めるステップと、 前記到達方向に基づいて、第2のベクトルを求めるステップと、 前記第1のベクトルを前記第2のベクトルと比較するステップとを、備えた請求
    項3記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記方位と前記到達方向との差を求めるステップは、前記第
    1のベクトルと前記第2のベクトルとの角度の差を求めるステップを備えた請求項
    7記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記角度の差を所定の角度の閾値と比較するステップをさら
    に備え、前記のアンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別する
    ステップは、前記角度の差を所定の角度の閾値と比較した結果に基づいてアンテ
    ナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステップを備えた請求
    項8記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記通信機の位置を求めるステップと、 前記通信ユニット及び前記通信機間の距離を求めるステップと、 前記の求めた距離を所定の距離の閾値と比較するステップとを、さらに備え、 前記のアンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステッ
    プは、前記方位と前記到達方向との前記の求めた差に基づくとともに前記の求め
    た距離を前記所定の距離の閾値と比較した結果に基づき、アンテナアレイのビー
    ム形成技術を使用するかどうかを判別するステップを備えた請求項3記載の方法
    。
  11. 【請求項１１】 ベースサイトが、前記通信ユニットから複数の信号を受信
    する請求項10記載の方法であって、 前記通信ユニットから、前記複数の信号のうちの第1の信号を受信するステッ
    プと、 前記第1の信号に基づいて、第1の信号品質メトリックを求めるステップと、 前記通信ユニットから、前記複数の信号のうちの第2の信号を受信するステッ
    プと、 前記第2の信号に基づいて、第2の信号品質メトリックを求めるステップと、 信号品質メトリック変化率を求めるために、前記第1の信号品質メトリックを
    前記第2の信号品質メトリックと比較するステップとを、さらに備え、 前記のアンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステッ
    プは、前記方位と前記到達方向との前記の求めた差、前記の求めた距離を所定の
    距離の閾値と比較した結果、及び前記信号品質メトリック変化率に基づき、アン
    テナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステップを備えた方
    法。
  12. 【請求項１２】 前記方位と前記到達方向との前記の求めた差を、所定の差
    の閾値と比較するステップと、 前記信号品質メトリック変化率を、所定の信号品質メトリック変化率の閾値と
    比較するステップとを、さらに備え、 前記のアンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステッ
    プは、前記の求めた差が所定の差の閾値よりも大きいか、前記の求めた距離が所
    定の距離の閾値未満であるか、又は、前記信号品質メトリック変化率が所定の信
    号品質メトリック変化率の閾値よりも大きい場合、アンテナアレイのビーム形成
    技術を使用しないことを決定するステップと、前記の求めた差が所定の差の閾値
    未満である場合、前記の求めた距離が所定の距離の閾値より大きい場合、及び前
    記信号品質メトリック変化率が所定の信号品質メトリック変化率未満である場合
    、アンテナアレイのビーム形成技術を使用することを決定するステップとを、備
    えた請求項11記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記ベースサイトは、前記通信ユニットから複数の信号を
    受信する請求項3記載の方法であって、 前記通信ユニットから、前記複数の信号のうちの第1の信号を受信するステッ
    プと、 前記第1の信号に基づいて、第1の信号品質メトリックを求めるステップと、 前記通信ユニットから、前記複数の信号のうちの第2の信号を受信するステッ
    プと、 前記第2の信号に基づいて、第2の信号品質メトリックを求めるステップと、 前記第1の信号品質メトリックを前記第2の信号品質メトリックと比較するステ
    ップとを、さらに備え、 前記のアンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステッ
    プは、前記方位と前記到達方向との前記の求めた差に基づくとともに前記第1の
    信号品質メトリックを前記第2の信号品質メトリックと比較した結果に基づき、
    アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステップを備え
    た方法。
  14. 【請求項１４】 前記第1の信号品質メトリックを前記第2の信号品質メトリ
    ックと比較した結果に基づき、信号品質メトリック変化率を求めるステップと、 前記信号品質メトリック変化率を、所定の信号品質メトリック変化率の閾値と
    比較するステップとを、さらに備え、 前記のアンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステッ
    プは、前記方位と前記到達方向との前記の求めた差に基づくとともに前記信号品
    質メトリック変化率を所定の信号品質メトリック変化率の閾値と比較した結果に
    基づき、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステッ
    プを備えた請求項13記載の方法。
  15. 【請求項１５】 複数のアンテナを有するアンテナアレイを備えるとともに
    アンテナアレイのビーム形成技術を使用するベースサイトにおいて、アンテナア
    レイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別し、それによりアンテナアレイ
    のビーム形成技術の使用法を最適化する方法であって、 通信ユニットから、第1の信号を受信するステップと、 前記第1の信号に基づいて、第1の信号品質メトリックを求めるステップと、 前記通信ユニットから、第2の信号を受信するステップと、 前記第2の信号に基づいて、第2の信号品質メトリックを求めるステップと、 前記第1の信号品質メトリックを前記第2の信号品質メトリックと比較するステ
    ップと、 前記第1の信号品質メトリックを前記第2の信号品質メトリックと比較した結果
    に基づき、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステ
    ップとを、備えた方法。
  16. 【請求項１６】 前記第1の信号品質メトリックを前記第2の信号品質メトリ
    ックと比較した結果に基づき、信号品質メトリック変化率を求めるステップと、 前記信号品質メトリック変化率を、所定の信号品質メトリック変化率の閾値と
    比較するステップとを、さらに備え、 前記のアンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別するステッ
    プは、前記信号品質メトリック変化率を所定の信号品質メトリック変化率の閾値
    と比較した結果に基づき、アンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうか
    を判別するステップを備えた請求項15の方法。
  17. 【請求項１７】 通信機を備えた装置であって、前記通信機には、 通信ユニットから信号を受信して第1の受信信号を生成する第1のアンテナ、及
    び前記通信ユニットから前記信号を受信して第2の受信信号を生成する第2のアン
    テナを有するアンテナアレイと、 前記アンテナアレイに接続され、前記通信ユニットの地理的位置を求め、前記
    通信機から前記通信ユニットの前記地理的位置への方位を求め、前記第1の受信
    信号の到達時刻を求め、前記第2の受信信号の到達時刻を求め、前記第1及び第2
    の受信信号の各到達時刻に基づいて前記通信ユニットからの前記信号の到達方向
    を求め、前記方位を前記到達方向と比較し、その比較結果に基づいて前記方位と
    前記到達方向との差を求め、前記の求めた差を所定の差の閾値と比較し、前記の
    求めた差を所定の差の閾値と比較した結果に基づいてアンテナアレイのビーム形
    成技術を使用するかどうかを判別することにより、前記のアンテナアレイのビー
    ム形成技術の使用法を最適化するプロセッサと、 前記プロセッサと接続され、前記通信機の求められた位置、前記所定の差の閾
    値、及び到達方向アルゴリズムを格納したメモリと、が含まれた装置。
  18. 【請求項１８】 前記プロセッサが、さらに、前記通信ユニット及びベース
    サイト間の距離を求め、この求めた距離を所定の距離の閾値と比較し、この求め
    た差を所定の差の閾値と比較した結果に基くとともに前記の求めた距離を所定の
    距離の閾値と比較した結果に基づき、アンテナアレイのビーム形成技術を使用す
    るかどうかを判別し、前記メモリに、前記所定の距離の閾値が格納されている請
    求項17記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記プロセッサは、さらに前記通信ユニットから複数の信
    号を受信し、該複数の信号うちの第1の信号についての第1の信号品質メトリック
    を求め、前記通信ユニットから前記複数の信号のうちの第2の信号を受信し,該第
    2の信号についての第2の信号品質メトリックを求め、前記第1の信号品質メトリ
    ックを前記第2の信号品質メトリックと比較して信号品質メトリック変化率を生
    成し、該信号品質メトリック変化率を所定の信号品質メトリック変化率の閾値と
    比較して、前記の求めた差を前記の所定の差の閾値と比較した結果と、前記の求
    めた距離を前記の所定の距離の閾値と比較した結果と、前記信号品質メトリック
    変化率を前記の所定の信号品質メトリック変化率の閾値と比較した結果と、に基
    づきアンテナアレイのビーム形成技術を使用するかどうかを判別し、前記の所定
    の信号品質メトリック変化率の閾値が前記メモリに格納される請求項18記載の装
    置。
  20. 【請求項２０】 前記プロセッサは,前記の求めた差が前記の所定の差の閾
    値より大きいか、前記の求めた距離が前記の所定の距離の閾値未満であるか、又
    は前記信号品質メトリック変化率が前記の所定の信号品質メトリック変化率の閾
    値よりも大きい場合、アンテナアレイのビーム形成技術を使用しないことを決定
    し、前記の求めた差が前記の所定の差の閾値より小さい場合、前記の求めた距離
    が前記の所定の距離の閾値より大きい場合、及び前記信号品質メトリック変化率
    が前記の所定の信号品質メトリック変化率の閾値よりも小さい場合、アンテナア
    レイのビーム形成技術を使用することを決定する請求項19記載の装置。
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