JP2007511165A - マルチビームアンテナシステムのための方法と装置 - Google Patents

Abstract

無線ノードにおけるアンテナアレイは、共通信号を含むセクタセルの大部分をカバーする広いビームと、移動体のユーザ固有の信号を含む前記セクタセルの一部分のみをカバーする少なくとも１つの狭いビームとを送信するマルチプルアンテナ要素を含む。送信回路は前記アンテナアレイに結合され、処理回路は前記送信回路に結合される。その処理回路は、混合ビームを用いる実施例では、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とが、そのアンテナアレイにおいて、同相であり、かつ時間合わせがなされていることを保証する。操作されたビームを用いる実施例では、その処理回路は、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とがセクタセルの移動局で受信されたとき、時間合わせがなされ、かつ制御された位相差をもつことを保証する。両方の実施例で、ベースバンド周波数から無線周波数への変換に関係する共通信号とユーザ固有信号の歪も補償される。そして、操作されたビームを用いる実施例では、ビーム形成重みは、狭いビームを所望の移動体ユーザに輻射するのみならず、広い共通信号ビームが前記セルの全ての移動体ユーザに達するように方向付けを行うために用いられる。

Description

本発明は一般には無線通信ノードに関し、特に、マルチビームアンテナシステムを利用する無線通信ノードに関するものである。

適応型アンテナシステムは種々のセルラ通信システム、例えば、ＧＳＭシステムにおいて首尾よく用いられてきた。適応型アンテナアレイは２つ以上の狭い間隔をおいて置かれたアンテナ要素により、従来のセクタアンテナを置き換えてきた。そのアンテナアレイは特定の移動体ユーザに対して輻射エネルギーの狭いビームを向け、他のユーザとの干渉を最小限にしている。適応型アンテナアレイは、これまでにもＧＳＭ、ＴＤＭＡシステムで見られ、通常のセクタカバーアンテナと比較して、増強したシステム能力とレンジとの内、少なくともいずれかの測定性能を実質的に向上させてきた。

適応型アンテナシステムは２つのカテゴリにグループ分けすることができるかもしれない。それは、数多くの固定された方向に輻射エネルギーが向けられる固定ビームシステムと、所望の方向に輻射エネルギーが向けられる操作（steered）ビームシステムである。両方のタイプの狭いビームシステムは一般には図２に図示されるものであり、その図では、セクタセルをカバーするセクタビームが示されている。適応型アンテナシステムの利点には、複数のユーザの空間的（角度的）な分離を利用することによるスペクトラム資源の効率的な利用と、コスト効率と、レンジ或いは能力の向上と、容易なシステム構築とが含まれる。即ち、端末と基地局との両方でマルチプルアンテナを採用するマルチアンテナ信号伝送（マルチプル・インプット・マルチプル・アウトプット（ＭＩＭＯ））方式のような他の方式ではそうであるように、移動体端末での変更を必要とはしない。

固定ビームは、ベースバンド周波数或いは無線周波数（ＲＦ）で生成される。ベースバンドの生成は、中間周波数（ＩＦ）とＲＦとを介してベースバンドからアレイにおける各アンテナ要素までの信号経路に存在する何らかの信号歪を評価して補償する校正（キャリブレーション）ユニットを必要とする。ＲＦ方式は、例えば、無線周波数においてバトラー（Butler）マトリクスを用いて、固定ビームを生成する。

例えば、アンテナ要素が半波長分だけ分離した均一のリニアアレイというある仮定の下では、入力波面の一定の到着方向（ＤＯＡ）とアンテナ要素の出力における信号の位相ずれとの間には一対一の対応関係がある。送信（或いは、受信）に先立って信号を適切に位相シフトすることにより、適応型アンテナシステムは所望の移動体ユーザに向かって（或いは、その移動体ユーザから）輻射エネルギーを方向付けすることができる一方、同時に、他の移動体ユーザに対する干渉を最小化できる。操作された（steered）ビームは、ベースバンドからアンテナ要素への、或いはその逆の信号経路に存在する何らかの信号歪を評価して補償するための校正（キャリブレーション）を必要とする。

時間変化するマルチパス・フェーディングは、多くの無線通信環境における受信信号の品質をひどく劣化させてしまう。深刻なフェード効果を緩和して信頼できる通信を提供するための１つの方法は、送信信号に冗長性（ダイバーシチ）を導入することである。付加された冗長性は時間領域にあっても良いし、或いは空間領域にあっても良い。時間的（時間）ダイバーシチは、チャネル符号化やインタリーブを用いて実現される。空間的（空間）ダイバーシチは、空間的に分離したアンテナで信号を送信することにより、或いは異なって偏向したアンテナを用いて成し遂げられる。そのようなやり方は、各アンテナでの独立的なフェーディングを保障する。空間的な送信ダイバーシチは、さらに、フィードバック情報が受信機から送信機に戻るように送信されるかどうかに依存して、クローズドループ或いはオープンループの送信ダイバーシチモードへと分割される。

適応型アンテナシステムでは、ユーザ固有のデータ信号は狭い（固定或いは操作された）ビームを用いて送信される。しかし、システム固有或いは共通信号は一般に、広いカバービームをもつ別のアンテナ、例えば、セクタアンテナを介して送信される。典型的な共通信号は、基地局の（プライマリ）パイロット信号である。そのパイロット信号は、各移動体の無線がその無線伝播チャネルを評価するために用いる知られたデータシーケンスを含んでいる。移動体が移動すると、その無線伝播チャネルも変化する。良好なチャネル評価は、ユーザ固有のデータを検出するために不可欠なものなので、そのパイロット信号は“位相基準”として用いられる。ビーム固有の二次的なパイロット信号は各ビームに存在するかもしれず、これが位相基準として用いられても良い。信号が同じビームで送信される移動体のユーザは、同じ二次的なパイロット信号を用いる。或いは、移動体専用のパイロット信号がユーザ固有の信号と同じビームで送信され、これが位相基準として用いられても良い。移動体ユーザは位相基準が用いられるべきネットワークにより指示を受ける。
J.C.リベティ、T.S.ラッパポート著、無線通信用スマートアンテナ：ＩＳ−９５及び第３世代ＣＤＭＡへの適用、レンティスホールＰＴＲ、１９９９年（"Smart Antennas for Wireless Communications: IS-95 anmd Third Generation CDMA Appications", J.C.Liberti and T.S.Rappaport, Rentice Hall PTR, 1999） J.G.プロアキス著、デジタル通信第３版、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ出版、１９９５年（"Digital Communication, 3rd Ed., J.G. Proakis, McGraw-Hill, 1995）

現在のマルチビームアーキテクチュアにはいくつかの欠点がある。第一の欠点は、コストである。無線周波数で狭いビームを形成する固定ビームのアンテナアレイでは、付加的なセクタカバーアンテナが実装されることが必要となる。そのハードウェアの複雑さとコストとは、ビーム数＋１（セクタカバーアンテナ用）に等しい数の多くのフィーダケーブルと、アンテナのサイズにより決定される物理的な重量と、アンテナマストの高さとサイズとに関係している。異なるセクタ及び狭いビームアンテナとは基地局のコストをかなりふやすものとなる。

第二の欠点は、位相基準のミスマッチとサービス品質（ＱｏＳ）の劣化とに関係している。セクタカバーアンテナにより送信されるプライマリパイロット信号の無線チャネルと、狭いビームを介して送信されるユーザ固有のデータの無線チャネルとは必ずしも同じではない。もし、移動体が位相基準としてプライマリパイロット信号を用いるように指示されたなら、その移動体はユーザ固有のデータがプライマリパイロット信号と同じ無線チャネルになることを予想するであろう。しかし、それらのチャネルは異なる。その結果、位相基準は誤っており、検出エラーと復号エラーとは増加し、サービス品質（ＱｏＳ）は劣化する。

第三の欠点は、資源利用の仕方がよくないことである。位相基準のミスマッチを補償するために、移動体はビーム固有の二次的なパイロット信号或いはユーザ固有の専用パイロット信号を位相基準として用いるように指示される。前者の場合には、同じビーム内の全てのユーザは同じパイロット信号を用いる一方、後者の場合には、各ユーザはユニークなパイロット信号を利用する。ＱｏＳは改善するが、付加的に割り当てられた資源（例えば、電力、符号など）が犠牲になる。その結果、他の移動体ユーザに対して利用可能な電力がより少なくなり、システム能力やデータスループットに対しては消極的な影響がある。

更なる欠点は、柔軟性のなさと信号遅延に関するものである。移動体が、ビーム毎に代替的な二次的なパイロットからより良好な信号を受信できるとしよう。そのネットワークはそれ故に、周期的にどの二次的なパイロットが最も適切であるのか、即ち、最大電力で受信するのかを調査しなければならない。アンテナシステムと移動体の無線とは、ネットワークにより信号を受け、いくつかの測定レポートをネットワークに報告しなければならない。もし、そのネットワークが新しいビームがユーザ固有のデータを送信するのに用いられるべきであると決定するなら、そのアンテナシステムはビームを変更するように指示を受け、移動体の無線には位相基準として代替の二次的なパイロットチャネルを用いることを開始するように信号で指示される。そのような手順は遅延の原因となり、重大なシグナリングのオーバヘッドを要求するものとなる。

受信機のダイバーシチは今日の無線インフラストラクチュアで広く用いられており、アップリンク・カバレッジとキャパシティの面から実質的な利益を提供している。さらに、送信機のダイバーシチはダウンリンクの性能を改善するために用いられ、それは、第３世代の無線システムにおけるかぎとなる特徴となるかもしれない。しかしながら、送信機のダイバーシチ信号はセルを通じて送信されるので、たとえ、意図された移動体ユーザがある方向に位置していたとしても、他のユーザへの干渉を増す原因となる。それにもかかわらず、送信ダイバーシチを狭い指向性のあるビームと組み合わせることにより、顕著な利点を提供することができる。

上述した、現在のマルチビームアーキテクチュアの欠点は、セクタセルをカバーする広いビームで共通信号を、前記セクタセルの一部分のみをカバーする狭いビームで移動体ユーザ固有の信号を送信するアンテナシステムにより克服される。送信回路はアンテナアレイとフィルタ回路とに結合される。“混合ビーム”を用いる第１の実施例において、フィルタ回路は、ユーザ固有の信号と共通信号とをフィルタして、ベースバンド周波数から無線周波数への変換に関係する歪を補償する。そのフィルタ回路とビーム重み付け回路とは、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とが、前記アンテナアレイにおいて（好適には、中央のアンテナ要素において）、実質的に時間合わせがなされ、かつ同相であることを保証する。ユーザ固有の信号は、各移動体がチャネル評価と復調のための位相基準と同じ共通信号を用いることができるように、その移動体の方向に（広く、セクタをカバーする信号と比較して）狭い信号を輻射するように設計されている。

“操作された（steered）ビーム”を用いる第２の実施例では、そのフィルタ回路はユーザ固有の信号と共通信号とをフィルタして、ベースバンド周波数から無線周波数への変換に関係する歪を補償する。そのフィルタ回路とビーム重み付け回路とは、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とが、前記セルの各移動体での受信時に、時間合わせがなされ、制御された位相差をもつことを保証する。各移動体がチャネル評価と復調のための位相基準として共通信号を用いることができる。その位相差は好適には、必要とされる送信電力と、輻射される干渉波と、ユーザに対するサービス品質との間で良好なトレードオフができるように制御される。ビーム形成の重みは、所望の移動体ユーザに（混合ビームを用いる実施例におけるように）狭いビームを輻射するのみならず、より広い共通信号のビームをセル内の全ての移動体ユーザに達するように方向付けする。

例えば、操作された（steered）ビームを実現する際には、共通信号を搬送する広いビームはアンテナアレイの中央のアンテナ要素だけから送信される。中央のアンテナ要素を用いて広い共通のビームを生成することにより、移動体のユーザにより受信される共通信号とユーザ固有の信号との間の制御された位相差の相関が、所望のサービス品質を保証する目標値以下であるようにされる。或いは、共通信号を搬送する広いビームがアンテナアレイの多数のアンテナ要素を用いて生成されても良い。アンテナ要素は一般には、そのアンテナアレイの設置時に所定の“見渡し（look）方向”に固定されるので、全てのアンテナ要素はベースバンド信号処理に関連して利用されて所望の特性をもつ広いビームを形成することができる。その特性は、セル計画に依存して時間とともに変更できる。ユーザ固有の信号に適用されるビーム形成重み付けの結果として、アンテナアレイから移動体ユーザに向かう狭いビームを操作することができる。ユーザ固有の信号ビームと共通信号ビームの両方に関するそのようなビーム操作を提供することにより、セルにおける両方の信号タイプのより高機能な照準合わせが可能になる。

混合ビームを用いた実施例の、より詳細な、そして、非限定的な例では、前記アンテナアレイはＮ個のアンテナ要素を含み、Ｎは１より大きい正の奇数の整数である。ビーム形成ネットワークは、前記アンテナアレイと前記送信回路との間に結合される。そのビーム形成ネットワークは、各ビームにおいて、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とを受信し、そのアンテナアレイに提供されることになるＮ個の信号を生成する。そのビーム形成ネットワークがＮ個の信号を受信する前に、各信号はビーム固有の送信フィルタ回路を通過する。そのビーム送信フィルタは、中央のアンテナ要素の出力における以外のビーム形成ネットワークの全ての出力における共通信号をキャンセルする。しかしながら、その共通信号は、等しい、或いは凡そ等しい電力と位相とをもつ前記Ｎ個のビームにおいて同時に送信される。

ビーム重み付け回路は、各ビームに対応したビーム重みでユーザ固有の信号を重み付け、その重み付けされたユーザ固有の信号を対応するビーム送信フィルタに提供する。ユーザ固有のビーム重み各々は、対応するビームで受信されるアップリンク平均電力の関数であっても良い。その関数の例は二乗根である。そのユーザ固有のビーム重みは、相対的に狭いビームで輻射エネルギーがアンテナアレイから所望の移動体ユーザに向けられるように選択される。

受信回路は、ビーム形成ネットワークと信号プロセッサとに結合される。その信号プロセッサは、前記Ｎ個のビームで受信した信号を結合して、受信信号を評価し、各ビームに関するアップリンク平均電力を決定する。それらのアップリンク平均電力は、ユーザ固有のビーム重みを決定するために用いられる。混合ビームを用いた実施例は、送信ダイバーシチのブランチと受信ダイバーシチのブランチとの内の少なくともいずれかで実施されると良い。

操作されたビームを用いた実施例のより詳細な例では、アンテナアレイはＮ個のアンテナ要素を含み、Ｎは正の整数であり、偶数或いは奇数である。フィルタ回路はＮ個のアンテナ送信フィルタを含み、各アンテナ送信フィルタは対応するアンテナ要素に関係している。共通信号とユーザ固有の信号とはＮ個全てのアンテナ要素から同時に送信されると良い。そのユーザ固有の信号は、Ｎ個のユーザ固有のビーム重みを用いて送信され、Ｎ個のユーザ固有のビーム重み各々は、Ｎ個のアンテナ要素の１つに対応している。それらのビーム重みは夫々、ユーザ固有の信号の位相を回転させ、増幅させるために用いられる複素数である。共通信号は、Ｎ個の共通信号ビーム重みを用いて送信され、Ｎ個の共通信号のビーム重み各々は、Ｎ個のアンテナ要素の１つに対応している。それらのビーム重みもまた、共通信号の位相を回転させ、増幅させるために用いられる複素数であると良い。或いは、その共通信号は、中央のアンテナ要素のようなただ１つのアンテナから送信されても良い。この場合には、他のアンテナ要素に関するビーム重みはゼロにセットされると良い。

操作されたビームを用いた実施例では、ユーザ固有の信号ビーム形成重みと共通信号の信号ビーム形成重みとは、（１）アンテナ高利得を得るために生じる干渉が低減されるように、そして（２）ユーザ固有の信号と共通信号との間の位相差が受容できるレベルを維持するように決定される。その共通信号はセルの全ての移動体に対する位相基準信号であり、共通信号とユーザ固有の信号との間の制御された位相差は、チャネル統計とともに用いられる送信機の重みとにより影響を受ける分布をもつ乱数として見ることができる。

操作されたビームを用いた実施例におけるアンテナシステムの受信機側では、ビーム形成ネットワーク（これは操作されたビームを用いた実施例における送信機側では要求されていない）は、Ｎ個の受信ビームを生成するＮ個のアンテナ要素に結合されると良い。受信回路は、ビーム形成ネットワークと信号プロセッサとに結合される。信号プロセッサはＮ個の受信ビームで受信した信号を処理して受信信号を評価する。その信号プロセッサは、ユーザ毎のアップリンクチャネル統計を決定し、対応するダウンリンクチャネル統計を予測する。操作されたビームを用いた実施例もまた、送信と受信ダイバーシチのブランチとの内の少なくともいずれかで実施されると良い。

本発明には数多くの利点を提供している。第一に、共通信号とユーザ固有の信号とは別々のセクタアンテナを必要とすることなく送信できる。第二に、位相基準として二次的な信号も専用パイロット信号も必要とはしない。第三に、共通信号とユーザ固有信号とは、ベースバンド出力からアンテナ要素までの伝播／処理の結果として歪が生じることなく送信される。第四に、共通信号とユーザ固有信号とは、移動体端末において、（混合ビームを用いる場合には）凡そ同相で受信され、或いは、（操作されたビームを用いる場合には）ある制御されたランダムな変化を受けるが、時間合わせがなされ、即ち、凡そ同じチャネル遅延プロファイルになるようにされる。第五に、アンテナアレイは所望の移動体ユーザに向けられた狭いビームでユーザ固有のチャネルを輻射するので、空間的に分離した複数の移動体ユーザに対して干渉が抑制される。第六に、ビーム形成と、送信ダイバーシチ或いは送信／受信ダイバーシチとを組み合わせることにより、顕著な益がもたらされる。第七の利点は、透明性である。移動体ユーザはアンテナアレイのアーキテクチュアや実施形を気にする必要はない。第八に、後方互換性により、現存システムを組み込むことが可能になる。無線ネットワークにおける無線ネットワーク制御局の変更の必要はない。究極的な利点として、本発明は、ダウンリンクビーム形成を究極まで利用することができる如何なる無線システムにおいても用いられる点がある。

次の記載は、説明のためであり限定のためのものではなく、本発明の理解の備えのために具体的な詳細を説明するものである。しかしながら、当業者には、本発明がこれら具体的な詳細を離れた他の実施例において実施されることは明らかであろう。他の例においては、公知の方法、機器、技術などの詳細な説明は省略され、不必要な詳細によりその説明があいまいなものにならないようにしている。個々の機能ブロックは１つ以上の図面で示されている。当業者であれば、それらの機能は別々の構成要素或いは多機能のハードウェアを用いて実現されることを認識するであろう。処理機能はプログラムされたマイクロプロセッサや汎用コンピュータと、１つ以上のアプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）と、１つ以上の信号プロセッサ（ＤＳＰ）との内、少なくともいずれかを用いて実現されても良い。

本発明はマルチビームアンテナシステムに関するものである。マルチビームアンテナシステムの非限定的な例は、図１に示すような適応型アレイアンテナである。図１は、所望の移動局が位置しているセクタセルの相対的に狭い領域を囲む、適応型アンテナから送信される狭いアンテナビームの例を図示している。そのサイドローブは相対的に小さいため、狭いビームが原因となる他の移動体や隣接するセルへの干渉はより小さいものである。さらにその上、意図している移動体の無線系はおそらく、図１に示された指向性のある狭いビームを用いてより高いＳ／Ｎ比で所望の送信を受信するであろう。

図２は、１つのセクタセルにおいてセクタビームを送信する基地局と、他のセクタセルで固定のマルチビームアンテナパターンを送信する基地局と、第３のセクタセルで操作可能な（steerable）ビームを送信する基地局とがあるセクタネットワークを図示している。図１と図２とは、適応型アンテナがダウンリンク方向にどのように干渉をあまり大きくしないようにし、アップリンク方向にどのような空間的な干渉を抑制するのかを図示している。これにより、アップリンクとダウンリンクの両方向において信号対干渉の比を上げ、従って、全体的なシステム性能を向上させている。

本発明が用いられるセルラシステム１の例が、図３に示されている。無線ネットワーク制御局（ＲＮＣ）と基地局制御局（ＢＳＣ）４には８つの基地局と、雲２によって示された他のネットワークが結合されている。図示された基地局ＢＳ１とＢＳ２各々は多数のセクタセルにサービスを行う。基地局ＢＳ１はセクタセルＳ１、Ｓ２、Ｓ３に対してサービスを行い、基地局ＢＳ２はセクタセルＳ４、Ｓ５、Ｓ６に対してサービスを行う。

混合ビームを用いた非限定的な実施例に従うアンテナシステムを図４と関連させて説明する。アンテナシステム１０は多数のアンテナ要素１４をもつアンテナアレイ１２を含んでいる。アンテナアレイ１２はＡ₁、Ａ₂、……Ａ_Nで図示された奇数個（Ｎ）のアンテナ要素を含む。図４の例では、Ｎ＝３である。単一のビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）１６はＮ個の狭いビームを生成する。同じビームがアップリンクとダウンリンクの両方に用いられる。ビーム形成ネットワークはマルチアンテナ信号伝送法（multiple input, multiple output）を用いたポートをもつ機器である。ビーム形成ネットワークの各ポートはマルチビームアンテナシステムの狭いビームの１つに対応している。ビーム形成ネットワークは受動的或いは能動的構成要素を含んでいても良い。受動的な構成要素をもつ場合、そのビームは製造工程の間に設計され、固定される。能動的な構成要素の場合には、そのビームは適応的に操作可能である。均等に間を置いて設けられた複数のアンテナ要素のアレイから多数の狭いビームを生成する無線周波数（ＲＦ）帯で動作する公知の適切な受動的なビーム形成ネットワークはバトラー（Butler）マトリクスである。

図４におけるビーム形成ネットワーク１６は送信方向と受信方向の両方で動作する。送信される信号はビーム形成ネットワーク１６の複数の入力ポートの１つに接続される。そのネットワークは信号方向を指示し、その信号を全ての信号要素で送信する。選択された入力ポートに依存して、特定のアンテナ要素へと指定された各信号は、特定の位相回転をすることになる。全体的な結果として、メインローブ或いはメインビームがある方向に対して生成される。代替的なビームポートが用いられるとき、そのビームは他の方向に向けられる。要約すると、アンテナ要素の出力は形成されるビームなのである。

ビーム形成ネットワークに入力される各ビームは対応するデュープレックスフィルタ（Ｄｘ）１８に結合される。デュープレックスフィルタ１８は送信機と受信機との間の高度な分離を提供し、１つのアンテナがアップリンク受信とダウンリンク送信の両方に対して利用できるようにしている。また、各ビームは対応するデュープレックスフィルタ１８に結合した対応する送信機（Ｔｘ）２０をもっている。送信機２０は通常、電力増幅器、周波数アップコンバータ、及び他の公知の構成要素を含んでいる。各デュープレックスフィルタ１８はまた対応する受信機（Ｒｘ）２２にも結合されている。各受信機２２は通常、低雑音増幅器、中間周波数ダウンコンバータ、ベースバンドダウンコンバータ、アナログ−デジタル変換器、及び他の公知の構成要素を含んでいる。受信機２２からの出力は信号プロセッサ３２に提供され、移動体ユーザからの受信信号を復号してｄ^ULで示される出力を生成する。信号プロセッサ３２はまた、重み付けブロック２８で示されるようなユーザ固有の信号に適用されるＮ個のビーム重み（ｗ_n）を生成する。

ｄ^DLで示されるユーザ固有の信号は重み付けブロック２８へ入力される。そのブロックはユーザ固有の信号を対応するビーム重みｗ_nで乗算するＮ個の乗算器３０を含んでいる。共通信号ｃ^DLは信号スプリッタ２９によりＮ個の写しをもつ共通信号へと分割されるが、この例では重み付けはされていない。各重み付けされた、ユーザ固有の信号と共通信号とは対応する加算器２６で合計がとられる。各加算器２６は複数のビームの１つに関係している。各加算器２６の出力はビームフィルタ（Ｆ_n）２４に転送される。各ビームはそれ自身のビームフィルタ２４をもっている。各ビームフィルタ２４の出力はその時、対応する送信機２０に提供される。

１つのアンテナ要素、この実施例では中央の要素Ａ₂から生成されたビームは広い。２つ以上のアンテナ要素がこのアンテナアレイで用いられるとき、その生成されたビームは狭い。最大の平均受信強度をもつ単一のアップリンクビームが用いられてダウンリンクでユーザ固有の信号を送信する従来の固定ビームシステムとは反対に、ユーザ固有の信号は、ダウンリンクにおいて全てのビームで送信される。

混合ビームを用いる実施例の利点の１つは、（１）基地局のアンテナアレイにおける中央のアンテナ要素において、また、（２）各移動体ユーザで受信されるとき、ユーザ固有の信号と共通信号とが凡そ同相であり、かつ、時間合わせがなされている点である。共通信号の例である、プライマリ共通パイロット信号は通常、測定のために、そして、位相基準として用いられ、また、その理由のために、通常は全セクタセルにわたって送信される。そのパイロット信号は、各移動体ユーザが無線伝播チャネルを評価するために用いる知られたデータシーケンスを含む。移動体が移動するとき、無線伝播チャネルも変化する。そのチャネルにおける変化に係りなく、（受信共通信号から決定される）正確な無線チャネルの評価は、移動局が狭いビームで送信されるユーザ固有のデータを検出して復号化するために必要とされる。

プライマリ共通パイロット、呼出などのような共通信号は同時に同じ電力で全てのビームで送信される。その共通信号はスプリッタ２９によりスプリットされ、関係するビーム固有の送信フィルタ２４への対応する加算器２６を介して各ビーム経路に印加される。各フィルタ２４は混合ビームを用いる実施例の１つでは、共通信号がアンテナアレイ１２の中央のアンテナ要素１４によってのみ送信されるように設計されている。１つの実施形の例におけるフィルタ２４は、この場合にはアンテナＡ₂である中央のアンテナへの出力以外ではビーム形成ネットワーク１６の全ての出力で共通信号をキャンセルしても良い。各ビーム固有の送信フィルタ２４は、ベースバンド周波数から始まり最大ビーム形成ネットワーク１６の出力までの無線チェインにおける歪を補償する。送信フィルタ２４はユーザ固有の信号と共通信号とが、中央のアンテナ要素Ａ₂で同相であり、かつ時間合わせがなされていることを保証するように設計されている。

この実施例では、全てのダウンリンクビームで同じ電力で送信される共通信号とは異なり、ユーザ固有の信号は各ダウンリンクビームに対して適用されるユーザ固有のビーム重みｗ_nで重み付けされる。ダウンリンクビームｎに適用される各ユーザ固有の送信重みｗ_nは、アップリンク平均受信電力ｐ_nの関数であるように選択される。そのような関数の例は、ｎ＝１，２，……，Ｎに関して、正の実数であるα、β、及びｐを用いて次のように表現される。

方程式１：ｗ_n＝α（ｐ_n ＋ ｐ）^β

ここで、ｐ₁，ｐ₂，ｐ₃は夫々、ビーム１、２、３についてのアップリンク平均電力を示している。アップリンク平均電力は、無線チャネル統計とアンテナアレイ設計とに依存している。そのダウンリンク平均電力は凡そアップリンク平均電力と同じであると仮定しても良い。一例として、ビーム重みは、受信エネルギー、ｐ＝０、及びβ＝１／２の自乗根に比例するとして選択される。

ビーム形成ネットワーク１６、デュープレクサ１８、受信機２２を介して受信されるアップリンク方向の全ビームからの信号は、信号プロセッサ３２で結合され、復号化されたアップリンク信号ｄ^ULの評価を生み出す。加えて、各ビームについてのアップリンク平均電力ｐ_nが信号プロセッサ３２により測定され用いられて、上記の方程式に従ってビーム固有の重みｗ_nを計算する。アップリンク平均ビーム電力は、所望の到来信号の無線環境における到着平均角度と散乱についての情報を与える。到着平均方向は凡そ、所望の信号の平均輻射方向に等しい。

混合ビームを用いた実施例では、共通信号がアンテナアレイ１２の広い領域をカバーする中央のアンテナ要素で送信され、ユーザ固有の信号がアンテナアレイ１２の全てのアンテナ要素１４から送信されることを保証する。ビーム固有の重みｗ_nは狭い指向性のあるビームを介して所望のユーザに向かう輻射エネルギーの方向付けを行う。その狭い指向性のあるビームは他の移動体ユーザに対して、そのビームが原因となる干渉を制限するものとなる。別々のセクタアンテナの必要はない。また、別々の二次的なパイロット信号が各ビームで送信される必要もない。専用チャネルでのパイロットも要求されない。

図４の混合ビームを用いた実施例の利点を図示するために、図５Ａ〜図５Ｄのグラフでは、相対的なアンテナ利得と、セクタカバービームと固定の狭いビームの１つとの間の位相オフセットとを到着方向の関数として比較している。図５Ａと図５Ｂとは最適化されていない、ランダムなビーム重みを用いて、次の文献にその概要が示されているように、共通信号を送信する。その文献とは、その内容が参照によりここで本願に組み込まれる、マルチネックス−ミューノズ著、“ＡＡＢＳスマートアンテナ技術のノーテルネットワークＣＤＭＡの利点”、２００２年１０月１日、ＣＤＧ技術フォーラム（Martinex-Munoz, "Nortel Networks CDMA Advantages of AABS Smart Antenna Technology", The CDG Technology Forum, October 1, 2002）である。図５Ｃ〜図５Ｄは本発明に従って調整されたビーム固有の送信フィルタ２４を用い、共通信号がアンテナ中央部のみから送信されるようにしたものである。相対的な位相オフセットはアンテナアレイの近くで測定され、移動体ユーザのある場所では測定されていない。

最良のビームで送信されたユーザ固有の信号と共通信号との間の相対的な位相オフセットはセクタセルに関する到着角度の全てにわたりゼロである。最適化されていないビーム重みに関し、相対的な位相オフセットと振幅とは到着角度に依存してかなり変化する。従って、この角度的な拡がりのない単純な場合には、混合ビームを用いた実施例では、スムーズで安定したセクタカバービームとともに共通信号とユーザ固有の信号との間の位相合わせをも提供する。混合ビームを用いた実施例を用いると、共通信号は位相オフセットのために劣化なく、チャネル評価のために用いられる。これに対して、実施例での解決策となるランダムなビーム重みは、大きな位相オフセット変動のために品質劣化を被る。

図６Ａと図６Ｂとは、５°と１０°の角度拡がりに関して、ユーザ固有の信号と共通信号との間での移動体端末に見られるような相対的な位相オフセットの平均と標準偏差とを図示している。それらの信号は図４の混合ビームを用いた実施例を用いて送信される。そのビーム重みは、ｐ＝０、β＝１／２とし、上述の方程式１に従って選択される。角度的な拡がりにも係らず、位相オフセットの平均はゼロであり、その標準偏差は相対的に小さく、共通信号がチャネル評価のために位相基準として用いられるときに、セクタセルにおいて全ての移動体端末に対してさほど大きくない性能劣化の原因となるだけである。

これ以後、操作される（steered）ビーム環境として言及される、第２の非限定的な実施例について、図７に図示されるアンテナシステム４０を関連させて説明する。同じ参照番号は図面を通じて同じ構成要素に言及する。ユーザ固有の信号と共通信号の両方は、任意の複素数として、ビーム形成重みｗ₁〜ｗ₃（ユーザ固有）とｖ₁〜ｖ₃（共通）を選択することにより重み付けがなされ、ユーザ固有の信号と共通信号との両方に関して結果として得られるビームパターンは、混合ビームを用いる実施例と比較して、より柔軟に任意の角度に方向が操作される。アンテナアレイ１２は奇数或いは偶数のＮ個のアンテナ要素１４を含んでいる。それで、図示される３つのアンテナアレイＡ１〜Ａ３は一例に過ぎない。

操作される（steered）ビームを用いた実施例４０におけるビーム形成ネットワーク１６は送信方向には必要ではない。それ故に、ビーム形成ネットワーク１６がデュープレクサ１８と受信機２２との間に置かれ、受信機２２と信号プロセッサ４２とにより処理される受信ビームＢ₁，Ｂ₂，Ｂ₃を形成するのに用いられる。送信機２０により出力されることになる信号は、ビーム形成ネットワーク１６により処理されることなく対応するデュープレクサ１８を介して対応するアンテナ要素１４に提供される。ビーム形成ネットワーク１６は、操作される（steered）ビームを用いた実施例では移動体ユーザ信号を受信するためにはオプションである。

混合ビームを用いる実施例とは対照的に、各アンテナＡ_nは、対応するアンテナ固有の送信フィルタ（Ｆ_n）２４と直接に関係している。ｎ番目のアンテナ要素で送信されるように指定された信号はｎ番目のフィルタ（Ｆ_n）２４をまず通過する。アンテナ固有の送信フィルタ２４は、共通ベースバンド信号とユーザ固有のベースバンド信号とが、利得、位相、タイミングの点で歪むことなく各アンテナに到着するように設計されている。利得、位相、タイミングはさもなければ、ベースバンドからＲＦへの変換の結果となるかもしれない。フィルタ回路はまた、ユーザ固有の信号に関するビーム形成重みと共に、ユーザ固有の信号と共通信号とがセルの各移動体ユーザでの受信時に、時間合わせがなされ、制御された位相差をもつことを保証する。これにより、各移動体ユーザはチャネル評価と復調のために位相基準として共通信号を用いることが可能になる。混合ビームを用いる実施例では移動体で受信する信号は凡そ同相であることを思い出してもらいたい。操作される（steered）ビームを用いた実施例では、各移動体で受信するユーザ固有の信号と共通信号との間の位相エラー或いは位相差は制御され、必要な送信電力と、輻射される干渉と、ユーザに対するサービス品質との間での良好なトレードオフが得られる。

操作される（steered）ビームを用いた実施例における位相差の効果は、チャネル評価と復調されるユーザ固有信号との両方における雑音と干渉に依存している。システムの観点からすると、雑音と干渉の効果が、ユーザ固有の信号が移動体端末でどれほどうまく復調されており復号化されているのかを支配するのであるなら、位相差を最小化するのには意味がないかもしれない。従って、フィルタとビーム形成重みの最適化は雑音と干渉の影響とともに予想される動作条件をも考慮できる。ビーム重み付けの最適化手法の一例ではユーザ固有のビーム重みを選択して、結果として得られる複数チャネル間の相関が実数であり、その量が重みベクトルのノルム（norm）の制限を受けた条件で最大化されるようにする。より精緻な手法では、ビーム重みベクトルのノルムを最小にする一方、その相関係数がある目標値に等しい（或いはそれ以上）であることを保証する。雑音と干渉のレベルは評価されるか、計画パラメータとして設定されるか、或いはシステムを運用中に調整できる変数として考えられても良い。

共通信号は全てのアンテナ要素で送信されると良い。それらの信号は図８に示される特別な場合には、中央のアンテナ要素で代わりに送信されるだけでも良い。このことは、例えば、共通信号ビーム重みｖ₁とｖ₃とをゼロにセットすることにより、達成されるかもしれない。この特別な場合には、共通信号ｃ^DLは中央のアンテナ要素Ａ₂への対応する加算器２６を介して複数のアンテナ要素の経路の１つのみに提供される。図７と図８の両方に示す操作される（steered）ビームを用いた実施形では、ユーザ固有の信号は全てのアンテナ要素で送信され、対応するユーザ固有のビーム重みｗ_nを用いて重み付けされる。

ビーム形成重みｗ_nとｖ_nとは、例えば、それら各々のユーザ固有信号或いは共通信号を位相回転させて増幅するために用いられる複素数であると良い。各移動体ユーザはそれ自身のビーム重みｗ_nのセットをもつ。アップリンクにおける受信信号から、信号プロセッサはセル内の移動体ユーザの方向とチャネル統計とを評価し、この情報から、ダウンリンクで用いられることになる広いビームの形について決定し、セルの全ての移動体ユーザが満足のゆく信号強度をもつ共通信号を受信することを保証する。その広いビームの形はビーム重みｖ_nに依存する。ビームの形を設計する種々の方法は、当業者には公知である。例えば、J.C.リベティ、T.S.ラッパポート著、無線通信用スマートアンテナ：ＩＳ−９５及び第３世代ＣＤＭＡへの適用、レンティスホールＰＴＲ、１９９９年（"Smart Antennas for Wireless Communications: IS-95 anmd Third Generation CDMA Appications", J.C.Liberti and T.S.Rappaport, Rentice Hall PTR, 1999）を参照されたい。最終的に、ビーム形成ビーム重みｗ_n、ｖ_nにより、ユーザ固有の信号はその移動体ユーザに特別に向けられ、共通信号はセルの全ユーザに送信されることが可能になる。

これらのビーム重みは好適には、そのアンテナアレイ利得が最大になり、その干渉拡散が最小になり、共通信号がセルの全移動体ユーザにより位相基準として用いられるように最適化される。そのビーム重みｗ_n、ｎ＝１，２，……，Ｎ、及びｖ_n、ｎ＝１，２，……，Ｎが、ユーザ固有の信号と共通信号とが経験するチャネル間の相関が実数であり、その相関量が重みについてのノルムの制限を受けるという条件で最大になるように選択されると良い。この手法の例は、以下の方程式（９）で説明される。

別のビーム形成重み最適化技術は、移動体で受信する共通信号とユーザ固有の信号との間の移動体における位相差についての制約で生成した干渉を最小化するものとして見ることができるアンテナアレイの利得を最大化することである。以下に示す方程式（１３）はその最適化問題を記述している。信号プロセッサ４２は、移動体フィードバック或いは基地局測定により決定される以下に示す方程式（７）で与えられるチャネル共分散マトリクスと、共通信号のために用いられるビーム重みと、おそらくはブロックエラー率（ＢＬＥＲ）、雑音レベル、干渉レベルのような移動局からの他のフィードバックとによりダウンリンクチャネルの統計的モデルに基づいて、移動体における位相エラーを予測する。

図９Ａと図９Ｂとのグラフは５°の角度拡がりがある混合ビームを用いた実施例と操作される（steered）ビームを用いた実施例の性能を図示している。図９Ａでは、混合ビームと操作される（steered）ビームを用いた両方の実施例におけるセクタアンテナに相対的なアンテナ利得が提示されている。この場合には、アンテナアレイに３つのアンテナ要素があることを仮定している。操作される（steered）ビームを用いた実施例に対するアンテナ利得はほとんど、セクタセルにわたって一定であり、混合ビームを用いた実施例での利得と同じであるか、或いは、それよりもかなり高い。図９Ｂは、移動局で受信する共通信号とユーザ固有の信号との間の相対的な位相オフセットを図示している。一般に、その位相差の標準偏差は混合ビームを用いた実施例よりもスムーズであり、その偏差は小さい。操作される（steered）ビームを用いた実施例は、従って、混合ビームを用いた実施例と比較して、同等か、たいていの場合により良い性能をもたらす。

操作される（steered）ビームを用いた実施例におけるビーム形成重みを最適化する２つの詳細な手法の例を説明する。もちろん、他の重み最適化手法が用いられても良い。

２Ｎ＋１は均一なリニアアンテナアレイにおけるアンテナ要素の数とする。説明を簡単にするために、奇数のアンテナ要素を考えて、表記を簡単にする。しかし、この手法や最適化はこの場合に限定されるものではない。２つの隣接する要素はλ／２によって示される半波長分だけ離れている。共通信号ｒ_cとユーザ固有の信号ｒ_dにより経験するチャネルは次のようにモデル化される。

方程式２： ｒ_c＝ｖ^Hｈ

方程式３： ｒ_d＝ｗ^Hｈ

ここで、ｖとｗは共通信号とユーザ固有の信号夫々に対して送信アンテナ重みを保持する列ベクトルである。多数の送信アンテナから移動体への信号はｈによって示される。特に、ｈは方程式４のようにモデル化される。

方程式４：

ここで、Ｐ、θ_p、α_pは夫々、伝播経路の数、ｐ番目の経路の到着（或いは輻射）角度、ｐ番目の経路の複素経路利得を表している。θ_pで入射する波からのアンテナアレイの応答は、次のように与えられる。

方程式５：

ここで、次のことを仮定している。即ち、到着角度θ_pは独立であり、平均θ₀と分散σ_θ ²をもつ同様に分布した（i.i.d.）ランダム変数である。ｆ（θ_p｜θ₀，σ_θ ²）はθ_pの確率密度関数（ｐｄｆ）を示すとする。θのｐｄｆは通常、ガウス関数、均一、或いはラプラシアンであると仮定される。複素経路利得α_pは、i.i.d.複素ガウスランダム変数であり、それは平均がゼロであり、分散がσ_α ²である。さらに、経路利得と到着角度とは統計的に独立であると仮定し、それらの結合分布は次のように与えられる。

方程式６：

ここで、ＣＮ（ｘ：μ，σ²）はｘが平均μと分散σ²をもつ複素ガウスランダム変数として分布することを示している。一般化の損失がないなら、σ_α ²＝１／ｐと仮定する。

専用チャネルと共通チャネルとの間の相関は次のように与えられる。

方程式７： ρ＝Ｅ｛ｒ_cｒ_d ^H｝＝ｖ^HＲｗ

ここで、Ｒはチャネル共変マトリクスであり、それは以下のように与えられる。

方程式８： Ｒ＝Ｅ｛ｈｈ^H｝＝Ｅ｛ａ（θ）ａ^H（θ）｝

その相関は角度θ₀と角度の拡がりに依存する。一例としてだけ、共通信号が中央のアンテナで送信されるとしよう。即ち、ｖ＝［０_1xN，１，０_1xN］^Hである。

送信アンテナ重みｗは、相関ρが実数であり、その重みについてのノルムの制限に対してその相関が最大となるように選択される。これにより次のことが導かれる。

方程式９： ｗ＝ｋＲｖ

ここで、ｋは選択されたノルム制限を満たすように選択された正の実数値である。

２つの相関するゼロ平均ガウスランダム変数ＸとＹとの間の相対的な位相θのｐｄｆ，ｆ（θ）は、J.G.プロアキス著、デジタル通信第３版、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ出版、１９９５年（"Digital Communication, 3rd Ed., J.G. Proakis, McGraw-Hill, 1995）によれば解析的に導出される。μをＸとＹの間の相関係数を示すとすると、μは以下のようになる。

方程式１０：

それは、プロアキスの教科書がちょうど示すようになる。

方程式１１：

ＸとＹとを夫々、ｒ_cとｒ_dとで置換し、チャネル評価における雑音とともに復調過程における雑音とを考慮すると、専用チャネルと共通チャネルとの間の相関係数は次のように与えられる。

方程式１２：

ここで、ρ_c ²とρ_d ²とは、チャネル評価における雑音と復調される受信ユーザ固有の信号の雑音とを表している。その雑音レベルはパラメータとして評価或いはとられても良く、更新されるかもしれない。位相オフセットの標準偏差が相関係数により決定されることは明らかである。さらに、ＰＳＫシグナリングでは、その係数はまた、ビットエラー確率を決定する。それで、可能な最適化手順は、相互相関係数が実数であり、その量が標準偏差とビットエラー確率を決定する目標値μ_target以上であるという制約条件で、ｗのノルムを最小にすることである。

方程式１３： ｍｉｎ ｗ^Hｗ
s.t.μ（ｗ）²≧μ_target ²，Imμ＝０

これはラグランジェ乗算子（multiplier）を用いると簡単である。また、他の制限、例えば、干渉がある方向に拡散することを最小化するという制限を含むこともできる。

第３の例である、非限定的な実施例では、混合ビームを用いた実施例と図１０で図示されたような送信と受信のダイバーシチとを組み合わせる。しかしながら、混合ビームを用いた実施例では、送信ダイバーシチだけと、或いは受信ダイバーシチだけとが組み合わせられても良い。ダイバーシチは、異なる偏向をもち、空間的に分離した複数のアンテナを用いて、或いは他の公知の技術によって実現できる。送信ダイバーシチとビーム形成とを組み合わせることにより、ダイバーシチ信号がセル全体を通して受信されるときに、さもなければ発生したかもしれない干渉を低減する。従って、ダイバーシチ利得とアンテナ利得の両方からの益を受けることが可能である。

次の例外以外は、同じ参照番号で既に上で説明した同じ構成要素に言及する。図１０の左側は送信ダイバーシチブランチ１（ＴｘＤＢ１）と受信ダイバーシチブランチ１（ＲｘＤＢ１）とを含む。図１０の右側は第２の送信と受信のブランチＴｘＤＢ２とＲｘＤＢ２とを図示している。共通信号分配ブロック３６は、共通信号を両方の送信ダイバーシチブランチに分配する。同様に、ユーザ固有の信号分配ブロック３７は、その固有信号を両方の送信ダイバーシチブランチに分配する。マルチプレクサ３４、３５は全ての受信信号を２つの受信信号ストリームへと多重化し、それらのストリームは信号プロセッサ３２で処理されて、復号化された移動体ユーザ信号ｄ^ULとともにビーム固有のビーム重みｗ_nを生成する。

図１１は第４の例である、非限定的な実施例を図示しており、それは送信ダイバーシチと受信ダイバーシチの両方を組み込んだ操作された（steered）ビームを用いた実施例である。しかしながら、操作された（steered）ビームを用いた実施例は送信ダイバーシチだけと、或いは受信ダイバーシチだけとが組み合わせられても良い。ダイバーシチは、異なる偏向をもち、空間的に分離した複数のアンテナを用いて、或いは他の公知の技術によって実現できる。種々のダイバーシチブランチに図１１ではラベルが付けられている。

現在のところ最も実際的であり好適な実施例であると考えられるものと関連して本発明について説明したが、本発明は開示された実施例によって限定されるものではなく、これとは反対に、添付した請求の範囲の精神と範囲の中に含まれる種々の変形例や同等な構成を本発明は含むことが意図されていることを理解されたい。

セクタセルで送信を行う適応型アンテナシステムを示す図である。 セクタビームを送信する基地局と、マルチビームを送信する基地局と、操作可能（steerable）ビームを送信する基地局とをもつセルラネットワークを示す図である。 セルラ通信システムを示す図である。 混合ビームを用いる実施例に従うアンテナシステムを示す図である。 、 、 、 合成セクタカバービームと狭いビームとに関するビームパターンとともに、同期セクタビームと狭いビームとの間の相対的位相オフセットを到着角度の関数として示した図である。 、 受信共通信号と受信ユーザ固有信号との間の相対的位相オフセットを移動局の方向の関数として示した図である。 操作された（steered）ビームを用いた実施例に従うアンテナシステムを示す図である。 操作された（steered）ビームを用いた実施例の特別な場合に従うアンテナシステムを示す図である。 、 混合及び操作された（steered）ビームを用いた実施例の性能を示す図である。 混合ビーム、ダイバーシチの実施例を示す図である。 操作された（steered）ビーム、ダイバーシチの実施例を示す図である。

Claims (50)

1. 共通信号を含むセクタセルの大部分をカバーする広いビームと、移動体ユーザ固有の信号を含む前記セクタセルの一部分のみをカバーする少なくとも１つの狭いビームとを送信するマルチプルアンテナ要素（１４）を含むアンテナアレイ（１２）と前記アンテナアレイに結合された送信回路（２０）とを有する装置であって、
   前記装置はさらに
   前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とが、前記アンテナアレイにおいて、実質的に同相であり、かつ実質的に時間合わせがなされていることを保証する、前記送信回路（２０）に結合された、回路（２４，２６，２８，２９）を有することを特徴とする装置。
2. 前記回路（２４，２６，２８，２９）は、前記共通信号が前記アンテナアレイにおける中央のアンテナ要素のみから送信されるように構成されたフィルタ回路（２４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記回路（２４，２６，２８，２９）は、前記ユーザ固有の信号が前記アンテナアレイ（１２）における中央のアンテナ要素で前記共通信号と同相であり、かつ時間合わせがなされることを保証するために構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記回路（２４，２６，２８，２９）は、前記共通信号と前記ユーザ固有信号のベースバンド周波数から無線周波数への変換に関係する前記共通信号と前記ユーザ固有信号とにおける歪を補償するために構成されているフィルタ回路（２４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記アンテナアレイ（１２）は奇数のＮ個のアンテナ要素（１４）を含み、
   Ｎは１より大きい正の整数であり、
   前記装置はさらに、
   前記アンテナアレイ（１２）と前記送信回路（２０）との間に結合される、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とを受信し、前記アンテナアレイ（１２）に提供されることになるＮ個の狭いビームを生成するビーム形成ネットワーク（１６）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記ビーム形成ネットワーク（１６）は 等しい、或いは凡そ等しい電力をもつ前記Ｎ個のビームにおいて同時に前記共通信号を送信するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記ビーム形成ネットワーク（１６）は、Ｎ個のユーザ固有のビーム重み（Ｗ）を用いて決定される電力をもつ前記Ｎ個のビームにおいて同時に前記ユーザ固有の信号を送信するように構成されており、前記Ｎ個のユーザ固有のビーム重み各々は、前記共通信号を輻射するビームより狭いビームが前記ユーザの方向に輻射されるように、前記Ｎ個のビームの１つに対応していることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記Ｎ個のユーザ固有のビーム重み各々は、前記対応するビームで受信されるアップリンク平均信号電力の関数に比例することを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 各ビームに対応したユーザ固有の信号ビームフィルタで前記ユーザ固有の信号を重み付け、各重み付けされたユーザ固有の信号を対応するビームフィルタに提供するビーム重み付け回路（２８）をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記ユーザ固有の信号ビームフィルタ重みは、前記アンテナ要素からの輻射エネルギーが所望の移動体ユーザに向けられるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記ビーム形成ネットワークに結合された受信回路（２２）と、
    前記受信回路（２２）に結合され、前記Ｎ個のビームで受信した信号を処理して、受信信号を評価し、各ビームに関するアップリンク平均受信信号電力を決定する信号プロセッサ（３２）とをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
12. 夫々が奇数のＮ個のアンテナ要素を含み、前記共通信号を含むセクタセルの大部分をカバーする広いビームと、移動体ユーザ固有の信号を含む前記セクタセルの一部分のみをカバーする少なくとも１つの狭いビームとを送信する第１及び第２のアンテナアレイ（１２）と、
    前記第１のアンテナアレイに結合された第１の送信回路（２０）と、
    前記第２のアンテナアレイに結合された第２の送信回路（２０）と、
    前記第１のアンテナアレイと前記第１の送信回路との間に結合され、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とを受信し、前記第１のアンテナアレイに提供されることになるＮ個の狭いビームを生成する第１のビーム形成ネットワーク（１６）と、
    前記第２のアンテナアレイと前記第２の送信回路との間に結合され、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とを受信し、前記第２のアンテナアレイに提供されることになるＮ個の狭いビームを生成する第２のビーム形成ネットワーク（１６）と、
    前記第１の送信回路に結合され、前記第１のアンテナアレイにおける前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とが同相であり、かつ時間合わせがなされていることを保証する第１の回路（２４，２６，２８，２９）と、
    前記第２の送信回路に結合され、前記第２のアンテナアレイにおける前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とが同相であり、かつ時間合わせがなされていることを保証する第２の回路（２４，２６，２８，２９）とをさらに有し、
    前記Ｎは１より大きい正の整数であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
13. 前記第１のビーム形成ネットワークに結合された第１の受信回路（２２）と、
    前記第２のビーム形成ネットワークに結合された第２の受信回路と、
    前記第１及び第２の受信回路に結合され、前記第１のビーム形成ネットワークからの前記Ｎ個のビームと前記第２のビーム形成ネットワークからの前記Ｎ個のビームとで受信した信号を処理して、受信信号を評価する信号プロセッサ（３２）とをさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 共通信号を含むセクタセルの大部分をカバーする広いビームと、移動体ユーザ固有の信号を含む前記セクタセルの一部分のみをカバーする少なくとも１つの狭いビームとを送信するマルチプルアンテナ要素を含むアンテナアレイ（１２）と前記アンテナアレイ（１２）に結合された送信回路（２０）とを有する装置であって、
    前記装置は、
    前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とが、前記セクタセルの移動局において受信されたときには、実質的に時間合わせがなされており、制御された位相差をもつことを保証する、前記送信回路に結合された回路（２４，２６，２８，２９）を有することを特徴とする装置。
15. 前記回路（２４，２６，２８，２９）は、前記共通信号が前記アンテナアレイにおける中央のアンテナ要素のみから送信されるように構成されたフィルタ回路（２４）を含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 前記回路（２４，２６，２８，２９）は、前記共通信号を搬送する広いビームが、前記アンテナアレイにおけるマルチプルアンテナ要素（１４）を用いて生成されるように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
17. 前記回路（２４，２６，２８，２９）は、前記共通信号と前記ユーザ固有信号のベースバンド周波数から無線周波数への変換に関係する前記共通信号と前記ユーザ固有信号とにおける歪を補償するために構成されているフィルタ回路（２４）を含むことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
18. 各アンテナに対応したユーザ固有の信号ビームフィルタ重みで前記ユーザ固有の信号を重み付け、各重み付けされたユーザ固有の信号を対応するアンテナ送信フィルタ（２４）に提供するビーム重み付け回路（２８）をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
19. 前記ユーザ固有の信号ビームフィルタ重みは、前記アンテナ要素からの輻射エネルギーが所望の移動体ユーザに向けられるように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. 各アンテナに対応した共通信号ビームフィルタ重みで前記共通信号を重み付け、各重み付けされた共通信号を対応するアンテナ送信フィルタに提供するビーム重み付け回路（２９）をさらに有することを特徴とする請求項１８に記載の装置。
21. 前記共通信号ビームフィルタの重みは、前記アンテナ要素からの輻射エネルギーが前記セクタセルにおいて所望の形となるように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
22. 前記ユーザ固有の信号ビームの重みと前記共通信号ビームの重みは夫々、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号の位相を回転させ、増幅させるために用いられる複素数であることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
23. 前記ユーザ固有のビームフィルタの重みは、前記受信信号が受信された角度の関数としての、平均受信信号の複素測定値である平均空間符号定数にマッチするように選択されることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
24. 前記ユーザ固有のビームの重みは、移動体ユーザによって受信される前記共通信号と前記ユーザ固有信号との間の位相差の標準偏差が、所望のサービス品質を保証する目標値以下であるように、前記移動体ユーザに割り当てられた送信電力を最小化するように選択されることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
25. 前記Ｎ個のアンテナ要素（１４）に結合され、Ｎ個の受信ビームを生成するビーム形成ネットワーク（１６）と、
    前記ビーム形成ネットワーク（１６）に結合される受信回路（２２）と、
    前記受信回路（２２）に結合され、前記Ｎ個の受信ビームで受信した信号を処理し、受信信号を評価し、前記受信信号が伝播するチャネルの統計値を決定する信号プロセッサ（３２）とをさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
26. 夫々がＮ個のアンテナ要素（１２）を含み、共通信号を含むセクタセルの大部分をカバーする広いビームと、移動体ユーザ固有の信号を含む前記セクタセルの一部分のみをカバーする少なくとも１つの狭いビームとを送信する第１及び第２のアンテナアレイ（１４）と、
    前記第１のアンテナアレイに結合され、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とを前記第１のアンテナアレイに提供する第１の送信回路（２０）と、
    前記第２のアンテナアレイに結合され、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とを前記第２のアンテナアレイに提供する第２の送信回路（２０）と、
    前記第１の送信回路に結合され、前記第１のアンテナ要素からの前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とが前記セクタセルの移動体で受信されたときに、実質的に時間合わせがなされており、かつ制御された位相差をもつことを保証する第１の回路（２４，２６，２８，２９）と、
    前記第２の送信回路に結合され、前記第２のアンテナ要素からの前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とが前記セクタセルの移動体で受信されたときに、実質的に時間合わせがなされており、かつ制御された位相差をもつことを保証する第２の回路（２４，２６，２８，２９）とをさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
27. 前記アンテナアレイ（１２）に結合された第１のビーム形成ネットワーク（１６）と、
    前記第１のビーム形成ネットワーク（１６）に結合された第１の受信回路（２２）と、
    前記アンテナアレイ（１２）に結合された第２のビーム形成ネットワーク（１６）と、
    前記第２のビーム形成ネットワーク（１６）に結合された第２の受信回路（２２）と、
    前記第１及び第２の受信回路に結合され、前記第１のビーム形成ネットワークからの前記Ｎ個のビームと前記第２のビーム形成ネットワークからの前記Ｎ個のビームとで受信された信号を処理して、受信信号を評価する信号プロセッサ（３２）とをさらに有することを特徴とする請求項２６に記載の装置。
28. マルチプルアンテナ要素（１４）を含むアンテナアレイ（１２）を有する無線ノードで用いられる方法であって、
    ユーザ固有の信号と共通信号とが、前記アンテナアレイ（１２）において、実質的に同相であり、かつ実質的に時間合わせがなされていることを保証するために、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とをフィルタする工程と、
    前記共通信号を含むセクタセルの大部分をカバーする広いビームと、前記ユーザ固有の信号を含む前記セクタセルの一部分のみをカバーする少なくとも１つの狭いビームとを、前記アンテナアレイ（１２）から同時に送信する工程とを有することを特徴とする方法。
29. 前記共通信号を前記アンテナアレイ（１２）における中央のアンテナ要素（１４）のみから送信する工程をさらに有することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
30. 前記処理は、前記共通信号と前記ユーザ固有信号のベースバンド周波数から無線周波数への変換に関係する前記共通信号と前記ユーザ固有信号とにおける歪を補償することを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
31. 前記処理は、前記ユーザ固有の信号が前記共通信号と実質的に同相であり、かつ前記アンテナアレイ（１２）における中央の要素（１４）で実質的に時間合わせがなされることを保証するために前記ユーザ固有の信号を重み付けすることを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
32. 前記アンテナアレイ（１２）は奇数のＮ個のアンテナ要素（１４）を含み、
    Ｎは１より大きい正の整数であり、
    無線基地局におけるビーム形成ネットワークは、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とを受信し、前記アンテナアレイ（１２）に提供されることになるＮ個の狭いビームを生成することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
33. Ｎ個のユーザ固有のビーム重みを用いて決定される電力をもつ前記Ｎ個のビームにおいて同時に前記ユーザ固有の信号を送信する工程をさらに有し、
    前記Ｎ個のユーザ固有のビーム重み各々は、前記共通信号を輻射するビームより狭いビームが前記ユーザの方向に輻射されるように、前記Ｎ個のビームの１つに対応していることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 前記Ｎ個のユーザ固有のビーム重み各々は、前記対応するビームで受信されるアップリンク平均信号電力の関数に比例することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
35. 前記Ｎ個のビームで受信した信号を処理して、受信信号を評価する工程と、
    各ビームに関するアップリンク平均信号電力を決定する工程とをさらに有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
36. ２つの送信ダイバーシチのブランチで実施されることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
37. ２つの受信ダイバーシチのブランチで実施され、
    前記２つの受信ダイバーシチのブランチから前記Ｎ個のビームで受信した信号を処理して受信信号を評価する工程をさらに有することを特徴とする請求項３３に記載の方法。
38. マルチプルアンテナ要素（１４）を含むアンテナアレイ（１２）を有した無線ノードで用いられる方法であって、
    ユーザ固有の信号と共通信号とが、セクタセルの移動局において受信されたときには、実質的に時間合わせがなされており、かつ制御された位相差をもつことを保証するために、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とを処理する工程と、
    前記共通信号を含む前記セクタセルの大部分をカバーする広いビームと、前記ユーザ固有の信号を含む前記セクタセルの一部分のみをカバーする少なくとも１つの狭いビームとを、前記アンテナアレイ（１２）から同時に送信する工程とを有することを特徴とする方法。
39. 前記共通信号をＮ個のアンテナ要素（１４）の１つの要素のみから送信する工程をさらに有することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
40. 前記ユーザ固有の信号は、前記Ｎ個のアンテナ要素（１４）から同時に送信されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
41. Ｎ個のユーザ固有のアンテナ重み（Ｗ）を用いて決定される電力と位相の回転を伴って、前記ユーザ固有の信号は送信されることを特徴とする請求項４０に記載の方法。
42. 前記ユーザ固有の信号のアンテナ重みは、前記アンテナ要素（１４）からの輻射エネルギーが前記セクタセルにおける所望の移動体ユーザに向けられるように構成されていることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
43. Ｎ個のアンテナ重みを用いて決定される電力と位相の回転を伴って、前記共通信号は送信されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
44. 前記共通信号のビームの重みは、前記アンテナ要素からの輻射エネルギーが前記セクタセルにおける所望の形に向けられるように構成されていることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
45. 前記ユーザ固有の信号のビームの重みと前記共通信号のビームの重みは夫々、前記ユーザ固有の信号と前記共通信号の位相を回転させ、増幅させるために用いられる複素数であることを特徴とする請求項４３に記載の方法。
46. 前記ユーザ固有の重みを、前記受信信号が受信された角度の関数としての、平均受信信号の複素測定値である平均空間符号定数にマッチするように選択する工程をさらに有することを特徴とする請求項４１に記載の方法。
47. 前記ユーザ固有のビームの重みを、移動体ユーザによって受信される前記共通信号と前記ユーザ固有信号との間の位相差の標準偏差が、所望のサービス品質を保証する目標値以下であるように、前記移動体ユーザに割り当てられた送信電力を最小化するように選択する工程をさらに有することを特徴とする請求項４１に記載の方法。
48. 前記ユーザ固有の信号と前記共通信号とは夫々、Ｎ個のユーザ固有の信号ビーム重みとＮ個の共通信号ビーム重みとを用いて決定される電力により、同時に前記Ｎ個のアンテナ要素（１４）から送信され、
    前記Ｎ個のユーザ固有の信号ビーム重みとＮ個の共通信号ビーム重みの夫々は、前記Ｎ個のアンテナ要素の１つに対応しており、
    前記ユーザ固有のビーム重みを選択して、前記アンテナアレイからの輻射エネルギーを所望の移動体ユーザに向ける工程と、
    前記共通信号のビーム重みを選択して、前記アンテナアレイからの輻射エネルギーを所望の形に向ける工程とをさらに有することを特徴とする請求項４４に記載の方法。
49. 前記処理は、前記共通信号と前記ユーザ固有信号とをベースバンド周波数から無線周波数へ変換するのに関係する前記共通信号と前記ユーザ固有信号とにおける歪を補償することを含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
50. ２つの送信ダイバーシチのブランチで実施されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
    

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