JP2007522688A - 負荷等化アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話ユーザのニーズの変化に従って携帯電話ユーザに向上したサービスを提供するようにビームを割り当てる。
【解決手段】アンテナビーム間のトラフィックを等化するためのシステム及び方法が示される。システム及び方法の態様は非実時間通信に基づくトラフィック及び／又は非実時間通信を等化しようとするためにビーム幅を変えることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明の態様は、アンテナに関する。特に、本発明の態様はサービスの品質を維持しながらネットワークを通じて処理能力を最大にするためにアンテナからのビームを修正することに関する。

携帯電話会社や供給業者は偏在する携帯電話サービスに対する要求の増加に応える方法を絶えず探している。携帯電話会社は最新の高速技術を早く導入できるようにネットワークの構造を調整している。一方、供給業者は彼らの無線製品の性能を高めるための方法を考え出すことに努力している。最新の傾向を以下に述べる。

ａ．携帯電話会社は自社の携帯電話ネットワーク内のホットスポット（例えば、空港やショッピングモール等）をカバーするため、無線のローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）技術の使用に乗り出した。ＷＬＡＮはまた、大手企業内においては携帯電話サービスを提供する手段として既に普及している。

ｂ．無線供給業者は自社の携帯電話やＷＬＡＮ製品の容量を増加させる有望な技術として、適応アレーアンテナ（「スマート」或いは適応アンテナと呼ばれる）技術を検討している。「スマート」アンテナは、スマートアンテナパターン、即ちスマートアンテナビーム、並びにこれらビームの方向が異なったアレイ素子に関する関連パラメータ（例えば振幅や相対位相など）を調整することにより変えることができる箇所に放射アンテナ素子のアレイを含めることができる。スマートアンテナの各ビームが個別の搬送周波数を持ち、個別の物理チャンネルを示すため、「ビーム」及び「周波数チャンネル」という用語はここでは交互に使用される。

現在行われている数々の取り組みは扱いにくい。なぜなら、それらは少なくとも１つの指定区域及びトラフィック特性に関連した周波数チャンネルの方向を動的に適用することがないからである。

一般の分析ビーム形成方法では、通例、各周波数チャンネルの信号対雑音及び干渉比（ＳＮＩＲ）が最小となり、その容量が最大となるようにスマートアンテナの関連パラメータを調整及び制御している。ビーム形成技法に対する一般的な「最適性」の基準は、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）及び最小二乗（ＬＳ）方法である。これらの技法はアンテナアレイ出力と、トランシーバにおいて加入者の所望信号の局所的に生成される推定値（即ち、局所基準信号）との間の差異の二乗を最小化する再帰空間フィルターを作り出す最適フィルタリング理論を用いる。ＭＭＳＥ及びＬＳ方法では、トランシーバが演繹的知識或いは加入者の要求信号の推定値のいずれかを持つことを要求する。これらの推定値は、通常、周期的トレーニングシークエンスや決定有向適応化(decision directed adaptation)などの方法を用いて取得される。しかしながら、それらはトラフィック関連や位置を動的に取り扱わない。

本発明の態様は、携帯電話ユーザのニーズの変化に従って携帯電話ユーザに向上したサービスを提供するようにビームを割り当て、従って、従来技法における１つ以上の問題点に対処することに関する。

本発明の態様は、負荷バランス周波数チャンネルへのビームを制御することに関する。本発明の態様はまた、ユーザの位置やサービスのタイプといった情報を含んだ１以上のデータベースと併せて使用される。

本発明の態様は、フレームのスタートを認識する携帯端末及びアクセスポイント間の現行のアップリンクを使用してもよい。また、完全な同期技術（例えば、ブルーツース（登録商標）、ＣＤＭＡ）及び８０２．１１アクセスポイント間の明確な相互作用並びに関連フレーミングを与えるアップリンク上の携帯電話を含むさほど完全ではない同期技術を含むさまざまな手法が使用できる。少なくとも１つの利点として、本発明の態様をアップリンク上の「パケットステアリング」方法と共に本発明の態様を使用する場合、アンテナシステムの全体の処理能力を全く劣化させることなく携帯電話の消費電力を減少することができる。

下記に説明する本発明の態様では、スマートアンテナ方式（WLAN他）のリアル・タイムサービス（例えば、音声）のＱｏＳ要求を満たしつつ処理能力を高めることを試みており、システムの制御装置の構成要素はユーザの位置及びサービス形式の情報を含むデータベースに接続されていてもよい。

図１では、本発明の態様として、時間を長さＴの固定フレームに分割する（ステップ１００）処理が説明される。ステップ１０１では、この処理は各時間Ｔを実時間周期に分け、非実時間周期で終わる。次に、この処理においてユーザの位置及び彼らのセッションについての適切な情報（例えば、能力やサービス形式）が用いられ、実時間及び非実時間周期中にビームの負荷を等化するためのビーム幅が選択される（ステップ１０２）。

本発明の態様は、各ユーザの位置、即ち（ｒ_ｉ及びθ_ｉ）の演繹的知識を持つ或いは取得できるシステム及びユーザのサービス形式と併せて使用され、ユーザが移動中、そのデータベースを動的に更新する。ここで、ｒ_ｉはアレイアンテナからＩ番目のユーザまでの距離であり、θ_ｉはその方位角度である。一例として、セッション確立及び切断要求（即ち、「ＩＮＶＩＴＥ」又は「ＢＹＥ」メッセージ）を受け取った際、セッションマネージャ（例えばＳＩＰサーバ）は、スマートアンテナ制御装置に対して、サービス形式情報を提供する。携帯電話の位置を割り出す様々な従来の取り組みが存在するが、ここでは詳細には取り上げない。例えば、携帯電話会社ネットワークでは、位置情報は衛星利用測位システム及び測距又は双曲位置アルゴリズムを通して簡単に入手できる。

ここでは、スマートアンテナシステムは、Ｎの異なった周波数チャンネルを提供することが考えられる。即ち、それはＮのビームフォーマ（例えば、３又は４のビームフォーマ）を持つ。最大ωｍａｘ及び最小ωｍｉｎの実現可能な値のビーム幅が知られる（例えば、ωｍｉｎ＝１５°からωｍａｘ＝８０°のような値が実現できる）。このシステムはまた、両方のタイプのハンドオフをサポートすることが求められている（即ち、可動方式ハンドオフ（ＭＡＨＯ）或いはネットワーク方式のハンドオフ（ＮＡＨＯ））。

ＷＬＡＮ或いはその他のネットワークは、実時間（例えば、音声）及び非実時間（例えば、最善努力データ(best effort data)）サービスの少なくとも１つをサポートできる。負荷は対称であってもなくても良い。ネットワークはまた、ＷＬＡＮ環境において同時実時間セッションの数を適正に制限するためにセッションのセットアップ時に実時間サービスに承認制御を行使できる。概して、ネットワークは最善努力データトラフィックを搬送するセッション以外の全てのセッションに承認制御を行使できる。ここでは、セッションの等価容量は、セッションのＱｏＳ要求を満たすようにネットワークがセッションに割り当てるべき推定の容量であってもよい。

図２は、（ＷＬＡＮ或いはその他のネットワークと共に用いる）スマートアンテナシステムの実例モデルを示す。このシステムは、実時間２０２及び非実時間２０３入力の両方を受信するアンテナ制御装置２０１を含む。このシステムは、２つのタイプの顧客、即ち、実時間及び非実時間パケットをサポートするＮ個の並列サーバ２０７〜２０９と共にＮ列２０４〜２０６を持つことができる。各ユーザのパケットは、各ユーザの携帯端末に記憶することができる。複数のサーバを持つ単一配信列としてのシステムのこのモデリングは、パケットサービスの実際のサービス時間がメディアアクセス時間とその伝送時間の総計であるという事実を反映する。

Ｎ個の並列サーバ２０７〜２０９はＷＬＡＮスマートアンテナのＮ周波数チャンネルをモデル化する。パケットの実際のサービス時間は、チャンネルへのアクセス待ち時間にパケット自体の伝送に要する時間を加えたものに相当する。例えば、８０２．１１では携帯電話がパケットを有するときはいつでも、そのＭＡＣ層はそのパケットを送信する「許可」を求めるＲＴＳ（フレーム送信要求）を送信する。各列の顧客は、その周波数チャンネル受信可能範囲に入るユーザ人口のパケットを表す。図２では、サービス時間はチャンネルアクセス及びパケット伝送に要する経過時間を含む。それ故、周波数チャンネル毎の単一待ち行列モデルは、アップリンクにおいてユーザパケットが周波数チャンネルのサービスエリアに渡って分布している携帯電話のバッファに実際に存在しているとしても適正である。このために、更なる待ち行列手法が使用できる。

アンテナ制御装置２０１はユーザ位置（２１１）やセッションの要求容量及びそのサービス時間（２１２）等のセッションについての関連情報を使用し、実時間サービスのサービス品質（ＱｏＳ）要求、例えば実時間（音声等）パケットの遅れやジッタに対する厳重な制限を満たしつつ、アンテナビームの方向の調整を介してシステムの処理能力を「最大化」するＮサブセットにユーザ人口を区分する。

実時間サービスのサービス品質（ＱｏＳ）要求を満たすためには、実時間トラフィックは（必ずしも物理的でなく、実質的に）分離されていてもされていなくてもよく、非実時間トラフィックに対して先制の優先度を有する若しくはスケジューリングを介して定期的なサービスを受ける。

また、待ち行列システムの処理能力をたった一種類のパケットで最大限に発揮するためには、サーバを可能な限り忙しくておくことが有用である。

以下、アンテナシステム制御装置について、始めに非実時間サービスを考慮して、次に実時間サービスを扱って説明する。記述される制御装置の態様は、ユーザのトラフィック負荷を周波数チャンネル上に比較的均一に配信するため、この制御装置は「負荷等化装置」或いは「空間負荷等化装置」と称される。

実時間サービス及び非実時間サービス
空間負荷等化装置
最初に、非実時間サービスのみのシステムが扱われる。ここでは、例えば、ＷＬＡＮ環境は遅延要求のない非実時間サービスのみをサポートする。スマートアンテナの処理能力を「最大化」し、且つ各周波数チャンネルにおける伝送を待って各待ち行列に１パケット以上を有することが同様にありえることを確実にするために、制御装置は、周波数チャンネル上のトラフィック負荷が比較的均一であり、全ての周波数チャンネルのビーム幅がアンテナアレイに対して許容範囲にあるようにユーザ人口をＮ周波数チャンネル間に区分する必要がある。

進行中のセッションの累計がＵであり、ｋ番目のセッションの等価容量がＣ_ｋｂｐｓの場合、制御装置は領域がトラフィック負荷全体のおおよそＮ分の１、即ち

を含むように進行中のセッションをＮの隣接領域／区域に割り当てることができる。この区分処理はユーザ位置の方位角度に基づいてのみ行うことができる。これはなぜなら、たった１つのタイプのサービスしかない上、ユーザは（アンテナ圏内にいるということを条件に）スマートアンテナの位置データベースに現れるからである。一般的に、各領域／区域が正確には全トラフィック負荷のＮ分の１を含むようなサービスエリアの区分、即ち、Ｓｂｐｓは非実用的である。なぜなら、各領域／区域が隣接のユーザのみしか含まず、またセッションは異なった等価容量を有すると思われるからである。よって、領域／区域の負荷の正確な同一性を見つける代わりに、ここではトラフィック負荷を比較的均一に領域／区域に割り当てる空間負荷等化装置（即ち、区画方式）を選択した手法を説明する。

下記に空間負荷等化装置の処理を説明する。まず始めに、等化装置は、第１領域／区域の負荷が全トラフィックのＮ分の１を超えるか、或いは結果として得られるビーム幅がω_ｍａｘを超えるまで隣接ユーザ／端末を第１領域／区域に集める。これは、ビーム幅ω_０によって定義される弧３０１に携帯電話ユーザを割り当てることにより示される。

次に、空間負荷等化装置は続けて残りの隣接したユーザ／端末（即ち、第１領域／区域のメンバーでないもの）を、第２領域／区域の負荷が第１領域に割り当てられていない端末の全負荷の（Ｎ−１）分の１を超えるまで第２領域／区域に割り当て続ける。これは、ビーム幅ω_１の弧３０２におけるユーザによって示される。

次に、空間負荷等化装置は残りの隣接したユーザ／端末（即ち、第１及び／又は第２領域／区域のメンバーでないもの）を、第３領域／区域の負荷が第１及び第２領域に割り当てられていない端末の全負荷の（Ｎ−２）分の１を超えるまで、或いは結果として得られるビーム幅がω_ｍａｘを超えるまで第３領域／区間に割り当て続ける。これは、ここにビーム幅ω_２の弧３０３でユーザによって示される。

この処理は、全てのＮ領域又は区域が指定されるまで続けられる。

各々のビーム幅及び方向は、これらの領域／区域のうちの１つをカバーするよう設定され、そのビームの方向は領域の方位角度の中心を指す。

空間負荷等化装置は、必要とされる容量及び／又は位置を考慮してユーザを振り分ける様々なアルゴリズムにより実現できる。例えば、とりわけ、クイックソートアルゴリズムが使用できる。クイックソートアルゴリズムは、ユーザの方位角度の高い順に進行中セッションのリストを作る。空間負荷等化装置は、区域の負荷の合計がＳを超えるまで、或いは、結果として得られるビーム幅がω_ｍａｘを超えるまで隣接するセッションを区域／領域に割り当て続ける。Ｉ番目のセッションユーザ位置の方位角度をθｉ、ｊ番目の周波数チャンネルのビーム幅をωｊとすると、空間負荷等化装置の擬似コードは下記のように表わすことができる。即ち、
クイックソートアルゴリズムを呼び出し、セッションの方位角度θＵ_−１、θ_Ｕ−２、・・・θ_０の高い順にセッションのリストを作る。但し、θ_０≧θ_１≧・・・θ_Ｕである

第１に、スマートアンテナが（０−π）の範囲で任意のビームを形成できるならば、指定された隣接の「負荷均等化」領域／区域は重畳することはない。しかしながら、実際、負荷均等化アルゴリズム／発見的アルゴリズムがω_ｍｉｎよりも小さいビーム幅の領域／区域を指定した場合、アンテナは隣接区域と重なることになるこの領域にω_ｍｉｎ幅のビームを指向する。即ち、ある領域のトラフィック密度が高い場合、この手法ではサービスエリアをより狭い非重畳区域に分割できる。これら非重畳領域を実際に実現することは、多数の重畳ビームを過密トラフィック領域に指向することになる。

第２に、位置データベースが更新されるとすぐに制御装置はそれに従って区分化を更新し、トラフィック負荷がＮ周波数チャンネル間にほぼ均等に割り当てられるようにビーム方向とビーム幅を調整する。言うまでもなく、負荷等化装置がスマートアンテナビームを調整するときには、ユーザが全く移動しなく、ユーザ位置が変わらなかったとしても、いくらかのユーザはハンドオフを強いられることがある。

ａ．ＷＬＡＮサポート型ＮＡＨＯにおいては、ネットワーク制御装置は事前に携帯電話に通知をし、対象とする周波数チャンネルへの切り替え処理を開始する。一般的に、このＮＡＨＯ方式の事前警告機能は、ハンドオフ遅れを減少させ、性能を向上させる。

ｂ．しかしながら、ＩＥＥＥ８０２．１１のようなＭＡＨＯのみの環境では、負荷等化装置は、必ずしも正しく作動するとは限らない。それは、負荷等化装置がビームを調整し、前回のビーム調整後移動していない携帯端末（例えば、端末Ａ）から離れて電流供給ビーム（周波数チャンネル）を方向付けするときに、以下２つの異なったシナリオが考えることができるからである。即ち、
ｉ．ビーム調整により、端末Ａでの受信信号強度がハンドオフ閾値未満に低下することになる。この場合、負荷等化装置は正常に作動する。なぜなら、携帯電話のＭＡＨＯメカニズムがあるビーム（チャンネル）からもう一方のビームに移動したかのように標準方法によりビーム（チャンネル）の変化を検出し、ハンドオフ処理を行使するからである。

ｉｉ．ビーム調整により、端末Ａでの受信信号強度がハンドオフ閾値未満に低下することにならない。この場合、受信品質がまだ許容範囲内にあるため、ＭＡＨＯメカニズムはハンドオフ処理を行使しない。よって、アクセスポイントから更なる指示がない限り、負荷等化装置が端末Ａにハンドオフすることを期待している事実にもかかわらず端末Ａは隣接ビーム（チャンネル）へハンドオフしない。よって、ＭＡＨＯのみ（例、ＩＥＥＥ８０２．１１）の環境においては、アクセスポイントは、負荷等化装置が求めているように端末Ａが隣接するビームへハンドオフをするよう指示するメカニズムを必要とする。

後者のシナリオは、ＭＡＨＯ環境はまた負荷等化装置がビームの再構成により影響されるこれら携帯電話に明確に通知できるＮＡＨＯ機能を必要とすることを意味する。負荷等化装置の正確な動作を確保するため、ＭＡＨＯ及びＮＡＨＯ方式は、以下のように使用される。即ち、
ａ．アクセスポイントは、ＮＡＨＯスキームを用いて、前回のビーム再構成の結果として異なるビームに再割り当てされたこれら端末に通知する。

ｂ．端末は、自身がビーム上を移動しながら、ＭＡＨＯをハンドオフ用として引き続き使用する。

次なる問題は、アクセスポイントが影響を受けた携帯電話へビームの再割り当てを通知するＮＡＨＯメカニズムに対してどのプロトコルを用いるかである。ビームの再割り当ては、アクセスポイント再構成に起因するので、新たなビーム／チャンネルにハンドオフすることを携帯電話に指示するためにネットワーク管理プロトコル、即ちＩＰ環境におけるＳＮＭＰを用いることができる。ＮＡＨＯハンドオフプロトコルの詳細な仕様は、本開示には含まれない。また、所要のＮＡＨＯ処理を行うため、下位層プロトコルを行使することもできる。ＮＡＨＯハンドオフ処理の一般的な方法は以下の通りである。即ち、
ａ．負荷等化装置がビームを再構成する際、新たなビームに再割り当てされた全ての携帯電話にＳＮＭＰ ＳＥＴメッセージを送信し、それらに新たな周波数チャンネル識別子、即ち、ＳＥＴ ＦＲＥＱ＿ＣＨＡＮＮＥＬ「新たなチャンネルＩＤ」を通知する。ＳＥＴメッセージを受け取ると、モバイルＳＮＭＰエージェントはＭＩＢを点検及び更新し、新たなチャンネルへのハンドオフを強制する。この方式の利点は、
ｉ．ＮＡＨＯ処理を行うための標準ＳＮＭＰプロトコルを使用し、モバイルハードウェア、即ち、ビーム／チャンネル識別子を記録するためのレジスタに対するわずかな影響を有し、いかなる新たなプロトコルを必要としなく、そして必要に応じて容易に無効にできる。

ｂ．主な不利点は以下の通りである。即ち、
ｉ．実行中のＳＮＭＰデーモン及び携帯電話上にその支援ＭＩＢを必要とする。携帯電話に活性ＳＮＭＰデーモンが存在することによって携帯電話の消費電力が増加し、モバイルディスク（又はＰＤＡｓのメモリ）の一部（１６−３２ＭＢ）が取られる。ノート型パソコンにより、これらの要求は容易にサポートできる。原則的には、ＰＤＡｓもまたこれらをサポートできるが、１つは、さらに少ないメモリスペースを占めるＰＤＡｓに対して「新たな」リンク層ＮＡＨＯソリューションを構築できる。

第３に、結果の区域の実際の負荷の差に関係なく、ユーザの非近接分布が各領域／区域の負荷間の差を少なくできるとしても、「負荷均等化」手法は、最小可能ビーム幅及び最大可能範囲拡張を確立するために近接ユーザ及びそのセッションを区域に主として割り当てる。

第４に、ユーザはいくつもの同時に進行するセッションを持つことがある。そのようなユーザが１つのインタフェースしか持たないとき、負荷均等化アルゴリズムは、（周波数チャンネルを意図的に不均等にする）「均等化」エラーを増加させる危険性があるにも係わらず、このユーザの全てのセッションを周波数チャンネルの１つに割り当てる。

全てのユーザが同一の非実時間セッションを有する（即ち、全てのセッションの等価容量が同一である）特別な場合に、負荷等化装置は、スマートアンテナのサービスエリアをＮ領域／区域に区分けし、「均等な」セッション人口を持つ各領域、即ち、各周波数チャンネルがセッションのほぼ１／Ｎを扱うようにする。更に具体的には、進行中のセッションの総数がＵであり、Ｕ＝（ＭＮ＋ｒ）であれば、そしてｋ番目のセッションの等化容量が全ての０≦ｋ<Ｕに対してＣ_ｋ＝１と仮定されると、負荷等化装置アルゴリズムの擬似コードでは、これらのセッションをＮの隣接区域に配分する区域分けとなり、それにより区域のｒはＭ＋１セッションを含み、残る（Ｎ−ｒ）区域は、各々Ｍセッションを有する。

要約すれば、図３は、Ｎ＝３の周波数チャンネル及びＵ＝１４＝４Ｎ＋２のユーザを有するＷＬＡＮスマートアンテナにおける空間負荷等化装置の行動パターンを提供し、各ユーザは、進行中の最善努力式データセッションを有する。実線で描かれた引出し線は、ビーム幅がω_０、ω_１及びω_２の周波数チャンネルの境界線を示し、点線は、それらの方向を示している。

説明した空間イコライザは、実時間及び非実時間のサービスを同時にサポートするＷＬＡＮ環境におけるビーム幅を決定する。空間イコライザの性能は、各周波数チャンネル（またはビーム）における進行中の実時間セッションの負荷が、サポートし得る最大限の実時間負荷内であれば好ましい。しかしながら、実時間セッションの負荷が、チャンネルがサポートできる上限を超えてしまった場合、これらのセッションのＱｏＳ要求は満たされない。その場合、システムは実時間ユーザ／セッションの位置のみを使用してアンテナビームを調整してもよい。この手法は実時間セッションのＱｏＳ要求は満たすが、非実時間セッションがビーム上で歪曲されて配分される結果となり得ることから、非実時間サービスの性能（例えば、処理能力、パケット損失など）を低下させるかもしれない。以下に、多様な種類のサービスを扱う別の手法を記述する。

時間空間負荷等化装置
時間空間負荷等化装置は、空間負荷等化装置の時分割変形であり、スマートアンテナシステムを実時間及び非実時間サービス間で時分割し、処理能力を「最大」にして、実時間サービスのＱｏＳ要求を満たすようにする。時間空間負荷等化装置は、時間をＴサイズの均等なフレームに分割し、全てのフレームが実時間及び非実時間周期を含む。実時間周期中は、パケットを持つ実時間セッションのみが送信できる。同様に、非実時間周期においては、非実時間サービスを有するセッションのみがパケットを送信できる。各実時間（又は非実時間）周期中は、時間空間イコライザの行動は、実時間（または非実時間）セッションのみをサポートする空間負荷等化装置の行動と類似する。即ち、実時間（又は非実時間）周期中は、実時間（又は非実時間）セッションをトラフィック負荷が比較的均等であるＮ領域／区域に分配し、周波数チャンネルのビーム幅及び方向を領域／区域に調整する。

Ｔサイズのフレームは、通常、最も遅い実時間アプリケーションにセッション上でパケットを生成させるのに要する時間に相当する。例えば、毎２０ミリ秒、４０ミリ秒、または、８０ミリ秒にボイスパケットを生成するボイスアップリケーションソフトウェアでは、Ｔはそのボイスアプリケーションソフトウェアが使用されている環境に応じて、２０ミリ秒、４０ミリ秒又は８０ミリ秒に設定される。

具体的には、移動局及びスマートアンテナがフレームの始まりを（必要な時や必要に応じて）正確に認識している、即ち、一貫した構成の構造をアクセスポイント及び携帯電話上で有すると仮定すると、時間空間負荷等化装置は以下のように機能する。即ち、
ａ．各フレームの最初、即ち、Ｔ秒毎に、２組のビーム幅及び方向を算出する。その一方はボイス実時間周期用（即ち、実時間セッションのみを考慮して）、もう一方は非実時間周期用（即ち、非実時間セッションのみを考慮して）である（ステップ４０１）。

ｂ．実時間サイクルに従ってビームを調整する（ステップ４０２）。

ｃ．全ての携帯電話が所有する全ての実時間パケットを送信するまで実時間周期を続ける（ステップ４０３）。

ｄ．アップリンクでは、システムはステップ４０４において実時間周期中に全ての周波数チャンネルが少なくともある時間（例えば、（２τ+μ）秒）間サイレントとなる。但し、２τは周波数チャンネルにおける往復伝搬遅延であり、μは周波数チャンネルにおける実時間パケットのサービス（アクセス及び送信）時間である。

ｅ．ステップ４０４においてｎｏである場合、システムは時間が経過するまで待つ。

ｆ．ステップ４０４においてＹｅｓである場合、ステップ４０５において、一時空間負荷等化装置は、非実時間周期を開始し、ステップ４０６におけるフレームの最後までこれを続ける。具体的には、制御装置は、アンテナビーム幅及び方向を再調整し、非実時間セッションの負荷がそれらに均等に分配されるようにする。ダウンリンクもまた時間が経過するまで待っても良い。しかしながら、ダウンリンクでは、スマートアンテナが実時間サービスバッファを消耗させるとすぐに制御装置が非実時間周期への移行を開始するという点において、最適化が実現される。

アップリンクでは、前記アルゴリズムは、携帯電話及びスマートアンテナシステムがフレームの開始を正しく識別することを要求する。他方では、アップリンクにおいて時間空間負荷等化装置が正常に作動できないかもしれない。なぜならば、ユーザがメディア上に分布しており、フレームの開始やフレーム内の異なった周期のための個別参照を持たないためである。しかしながら、ダウンリンクにおいては完全なフレーミングは不要である。アンテナが自身でフレームの開始またはその周期を認識しており、携帯電話の受信者は信号を受信すると、電話に出るからである。アップリンクにおけるアクセスポイント及び携帯電話上の一貫したフレーミング構造を確保するための二つの手法を挙げる。即ち、
ａ．アクセスポイント及び携帯電話間の完全な同期化、及び
ｂ．フレームの開始を知らせるため、アクセスポイント及び携帯電話間の明確なメッセージング／対話。

ブルーツースやＣＤＭＡのような完全なシンクロナステクノロジーは、アクセスポイントや携帯電話上に一貫したフレーミング構造を自動的に提供する。しかしながら、アップリンクにおける同期化は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂの仕様がアクセスポイント及び携帯電話間におけるそのような完全な同期化の方法を提供しないことから、８０２．１１ｂＷＬＡＮにとって問題を生じさせる。ブルーツースマスターズ（ＷＬＡＮｓにおけるＡＰｓに類似する）は、実際、スレーブス（ＷＬＡＮｓにおける携帯電話に類似する）と完全な同期化をしており、各々のスレーブが送信する時期、また各々のスレーブが実時間（例、音声）であるのか非実時間（例、データ）であるのかを認識している。

８０２．１１ｂの問題に取り組むためには、少なくとも２つの方法がある。第１の解決法は、どのユーザに送信権利があるのかを決定するスマートアンテナシステムにおけるポーリングメカニズムの使用である。この手法は、８０２．１１メディアアクセス制御（ＭＡＣ）方式の仕様に記載されるポイントコーディネーション機能（ＰＣＦ）に類似する。この手法の利点は、コンテンションフリーのボイスサイクルを可能にし、周波数チャンネル毎の音声同時セッションの数を潜在的に増加させることである。一言で言えば、８０２．１１ＭＡＣへのこの追加により、ユーザパケットに対する優先度の４種類の手段、及びこの仕様においてハイブリッドコーディネーション機能（ＨＣＦ）と呼ばれているＰＣＦに類似する機能強化されたポーリングメカニズムが提供される。予備性能評価調査によると、ＨＣＦは、期限が定められたトラフィックを配信する手段を提供するが、ＨＣ（ハイブリッドコーディネータ）範囲内の全てのステーションにそのコーディネーションに従うよう要求する。

完全な同期化がない場合は、アクセスポイント及び携帯電話間における明確なメッセージングを用いて、アップリンクビーム上に一貫したフレーミング構造を提供することができる。この手法により、アクセスポイントは定期的に予告メッセージを送り、携帯電話に新たなフレームの始まりを知らせる。アクセスポイントはまた、この予告メッセージを使用して携帯電話に各フレーム内の実時間の終わり（非実時間の始まり）の周期について知らせることを選択することもできる。携帯電話に実時間の終わり（非実時間の始まり）の周期について知らせるためにこの予告メッセージを使用することで、周期間の沈黙をτ秒削減することができ、アップリンクにおけるシステムの処理能力を向上させることができる。フレーム予告メッセージの始まりは、以下のように符号化された２バイトコントロールフィールドを有する８０２．１１ＭＡＣ＿ＰＤＵである。即ち、
ａ．プロトコルバージョン：全てのフィールドに対し００
ｂ．タイプ：０１、即ち、スタート／エンド両方に対し制御ＭＡＣ＿ＰＤＵ
ｃ．サブタイプ：スタートに対し００００及びエンドに対し０００１
ｄ．コントロールフィールドの残りのビットは無視される。

この手法は、ごくわずかな付加信号伝達オーバーヘッドを導入し、そのスタート／エンド制御ＭＡＣ＿ＰＤＵｓは、携帯電話による確認を必要としない。それは、これらのＭＡＣ＿ＰＤＵｓのペイロードがゼロであり、また長さ４バイトのＭＡＣ＿ＰＤＵのＦＣＳフィールドがその長さ２バイトのコントロールフィールドを保護するからである。

周波数チャンネル上でユーザの総伝送速度を測定し、全ての周波数チャンネル（即ち、サービスエリア）のビーム幅の合計が一定に保たれ、最高トラフィックのチャンネルのビーム幅が一定量（例えば、λ程度）狭められ、最低トラフィックのチャンネルのビーム幅が同量（即ち、λ程度）広げられ、そして他の周波数チャンネルのビーム幅は、一定に保たれるようなビーム幅を適応する適応アンテナを幾人かは提案していた。下記に挙げた少なくとも１つにより負荷等化スマートアンテナは上記の適用アンテナ方式から識別される。それは、負荷等化スマートアンテナが、
ａ．総トラフィック率に限らず、ユーザ位置及びサービスタイプにも適応する、
ｂ．実時間及び非実時間サービスを事実上分離するためサービス間で周期的方法によりアンテナを時分割し、非実時間サービスがその対応する実時間の性能に与える弊害を軽減する、
ｃ．全てのユーザに対しＱｏＳを「かなり」向上するため各フレームの種類周期中に各サービス種類（例えば、実時間）のトラフィック負荷をほぼ均等に周波数チャンネル上に割り当てる、
ｄ．スマートアンテナの全ノミナルサービスエリアを走査し、活動中の全ユーザを取り込むためにビームを定期的に調整するけれども、ユーザのトラフィック及び位置を動的に追跡するが、ノミナルの所定地理的区域を継続的にカバーすることを必ずしも要求しない。

システムが同一音声サービスや同一最前努力データサービスのみをサポートすると仮定すると、図５は、Ｎ＝３周波数チャンネルで、１４人のユーザの内５人（同心円として描かれている）が音声セッションを持ち、残りの９人がデータセッションを使用する図解例を示す。全ての音声セッションは同一であるため、音声セッションの等化容量は単一、即ち全てのセッションに対してＣ_ｋ＝１であり、フレームの最初の音声周期中に周波数チャンネルのビーム幅ω０、ω１及びω２については図５に到達する。図６は、フレームの非実時間周期中の同携帯端末を示す。

図５においては、３つのビームは主に実時間携帯端末を対象とする。ビームω０は、（それぞれに輪がかけられ、実時間として表された）実時間携帯端末５０１及び５０２をカバーする。ビームω１は、実時間端末５０３及び５０４をカバーする。ビームω２は、実時間端末５０５をカバーする。

図６においては、３つのビームは全ての携帯端末をカバーする。ビームω０は、携帯端末５０１、５０２、６０１、６０２及び６０３を対象とする。ビームω１は、携帯端末５０３、５０４、６０４、６０５及び６０６をカバーする。ビームω２は、携帯端末５０５、６０７、６０８及び６０９をカバーする。

簡潔にするため、図５及び図６に示す時間空間イコライザの例では、ユーザは音声又はデータサービスのいずれか一方を持つよう示されている。しかしながら、これは必要条件ではなく、ユーザは音声及びデータサービスの両方を同時に持つことができる。両方のサービス種類を同時に使用するユーザは、音声集団（実時間）の一員及びデータユーザ集団（非実時間）の一員として数えられる。また、とりわけ実時間セッションにおけるセッションの遅延要求を満たすため、ネットワークは周波数チャンネル毎の進行中のセッション、実時間、また必要に応じて非実時間の数を正しく制限するため、許可制御ポリシを使用してもしなくても良い。

パケットステアリングを持つ負荷等化装置
無線環境においては、各々の携帯電話の消費電力を削減することにメリットが見出されている。これを達成するため、負荷等化装置はアップリンクビームの技術で周知のパケットステアリング手法と連動して使用される。携帯電話から（ＲＴＳ）メッセージの送信要求を受け、それに対して送信権利を与えると、負荷等化スマートアンテナは、パケットステアリングを用いて２地点間受信（アップリンク）ビーム、即ち、可能な限り狭いビーム（例、１５°±５°）或いはアンテナアレイが作り出すことのできる可能な限り狭いビームを携帯電話の位置に向けて送信する。携帯電話からパケットを受け取ると、ダウンリンクビームによりアクナレッジメント（ＡＣＫ）パケットを送る。その間アップリンクビームを負荷等化装置によって設定された通常のビーム幅に復元することで、周波数チャンネルに割り当てられる全ての携帯電話のＲＴＳパケットを聞くことができる。スマートアンテナは、携帯電話に送信権利を与えた後、この処理を繰り返す。

時間空間負荷等化装置の構成要素
図７は、負荷等化スマートアンテナと関連して使用される具体的構造を示す。この構造は、アンテナ７０１及び制御装置７０２を有するスマートアンテナシステム７０４を含む。アンテナ制御装置７０２は、ネットワーク７０３と情報をやりとりする。ネットワーク７０３は、搬送、制御及び管理要素を含む。簡潔にするため、図７では、制御装置７０２と相互作用するネットワークの要素（順にプロファイルサーバ７０７に連結されるＳＩＰサーバ７０５に連結されたアウトバウンドＳＩＰプロキシ７０６を含む）を示している。プロファイルサーバ７０７は、ポリシサーバ７０９に接続されるリソースマネージャ７０８に接続されている。ネットワーク７０３における要素の配置は一例にすぎなく、他の関係も同様に用いることができる。

制御装置７０２は、アウトバウンドＳＩＰプロキシ７０６及びデータベースアップデートエンジン７１１と情報交換するＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０を含むことができる。制御装置７０２はまた、リソースマネージャ７０８、ＳＭＰ７１０及びポリシサーバ７０９と情報交換し、位置データベース７１２に情報を記憶するデータベースアップデートエンジン７１１を含む。制御装置７０２は更に、位置データベース７０２と情報交換する負荷等化（及び制御）エンジン７１３を含む。

アンテナ７０１は、時空間デマルチプレクサ７１４及び時空間マルチプレクサ７１６を含む。両方ともプロセッサ７１５に接続することができる。アンテナ７０１は更に、デマルチプレクサ７１４及びプロセッサ７１５に接続されたマルチチャンネル受信機７１７を含む。アンテナ７０１は更に、マルチプレクサ７１４及びプロセッサ７１５に接続されたマルチチャンネル送信機７１９を含む。マルチチャンネル受信機７１７及びマルチチャンネル送信機７１９は、アンテナアレイ７１８に接続されている。

プロセッサ７１５は、ユーザ携帯端末からの到来方向（ＤＯＡ）を演算（又は演算に必要なデータを獲得）し、それを（又はそれらを）負荷等化エンジン７１３に渡す。プロセッサ７１５はまた、制御装置７０２（或いは複数の制御装置７０２）の負荷等化エンジンからビーム幅を受信し、アンテナ７０１（或いは複数のアンテナ７０１）からアンテナビームを方向付けるため、それらを適切な重み付けベクトルに変える。各ネットワーク７０３毎に、１つ以上の制御装置７０２及び１つ以上のアンテナ７０１が存在していてもよい。各制御装置７０２毎に、１つ以上のアンテナ７０１が存在していてもよい。更に、各制御装置７０２は、１つ以上のネットワーク７０３に接続されていてもよい。

制御装置７０２は、ユーザ位置及び彼らのサービスに関する情報を取得及び処理し、オペレータのポリシに従ってアンテナ７０１のビームを方向付けるため、その情報を制御動作に変える。例えば、負荷等化エンジン７１３は、スマートアンテナの処理能力を最大化するためにユーザ位置及びサービスデータを使用するタスクを担うポリシ実施地点（ＰＥＰ）であってもよい、即ち、上記で説明された時空間負荷等化装置手法を実現しても良い。負荷等化（或いは、一般的に制御）エンジン７１３は、如何なるオペレータのポリシをも実施できてしまう動的ポリシ実施地点を意味する。制御装置７０２は、以下のものを含む。即ち、
ａ．コール／セッション状態のプロセシングエンジンであるＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０。ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、アンテナ７０１のサービスエリア内に位置するユーザから信号伝達メッセージのコピーを送受信し、ユーザ及び彼らのサービスやセッションについての情報を入手（又は、更新）するため、それらを処理／フィルタをかけ、位置データベース７１２における情報を更新するため、その情報をデータベース更新エンジン７１１に転送する、
ｂ．ユーザ位置、彼らの進行中のセッション及びこれらのセッションに対するサービスのタイプを収容する標準（例、ＳＱＬ）位置データベース７１２、
ｃ．上記で説明された時空間負荷等化ヒューリスティック(temporal-spatial load equalizing heuristic)を実現するため、位置データベース７１２内のデータを使用する負荷等化エンジン７１３。ポリシ実施地点は、ポリシサーバによって規定された制御ポリシを実施する、及び
ｄ．ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０及びアンテナ７０１のプロセッサ７１５から受け取った情報に従って位置データベース７１２を初期化及び更新するデータベース更新エンジン７１１。

制御装置７０２は、アンテナ７０１から分離して示されている。また、制御装置７０２は、アンテナ７０１と一体化しても良い。更に、制御装置７０２は、ネットワーク７０３に或いはネットワーク７０３とアンテナ７０１との間のどこかにおいてアウトバウンドＳＩＰプロキシ７０６と一体化されてもよく、例えば、ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０をアウトバウンドＳＩＰプロキシ７０６と一体化し、その他の構成要素とアンテナ７０１を一体化する。一般的には、制御装置７０２は、モバイル通信サーバ（ＭＣＳ）の一体部分となる。

ユーザサービス及びセッション
以下は、ユーザサービス及びセッションに関する関連情報、及び制御装置７０２が位置データベース７１２をどのように初期化し、どのように関連データを取得し、どのように位置データベース７１２を更新するかに関する。

ユーザデータオブジェクト
各ユーザの携帯端末は、端末の位置やユーザ端末が発信源或いは発信先である進行中のセッション及びサービスに関する全ての関連情報を含む位置データベース７１２内のユーザデータオブジェクトにより識別される。ユーザデータオブジェクト８０１は、図８に示すように１つ以上の下記の属性を含んでいても良い。
ａ．ユーザのＳＩＰ ＵＲＬ８０２
ｂ．ユーザ端末のＩＰアドレス８０３
ｃ．ユーザ端末のＭＡＣアドレス８０４
ｄ．ユーザ端末（単独に或いはアンテナ７０１に関して）の位置（及び／又は方位角度）８０５、及び
ｅ．ユーザ端末が発信源或いは発信先の進行中セッションのサービスタイプ、ＳＩＰセッション識別子（セッションＩＤｓ）及びそれらに対応する等価容量８０７
ｆ．付加的情報を８０８として含んでいても含んでいなくても良い。

一般的に、ユーザ端末のＭＡＣアドレス、そのＩＰアドレス及びユーザのＳＩＰ ＵＲＬを含む３つ組みは、アンテナ７０１の位置データベース７１２内のユーザデータオブジェクトを識別及び更新するために使用される。端末のＭＡＣアドレスは、ユーザサービス及び／又は移動パターン及び可動性をサポートするネットワークプロトコルに関係なくそれを識別する。ＭＡＣアドレスは、携帯端末の位置にユーザサービスやセッションを関連付けるため、位置データベース７１２において１つ以上の物体識別子として機能することができる。ＳＩＰ信号伝達メッセージは、ユーザのセッションをそのユーザのＵＲＬ及びＩＰアドレスによって識別する。ＳＩＰ ＲＥＧＩＳＴＥＲメッセージの本体は、ユーザＵＲＬ及びＩＰアドレスをそのユーザ端末のＭＡＣアドレスと／に関連付ける／マップする。セッションセットアップメッセージ内のＳＩＰ ＵＲＬはセッションをユーザに関連付けることができるが、サービスの可動性上、常にその関連付けがそのユーザの端末にされるとは限らない。例えば、あるユーザはある進行中のセッションを自身の携帯電話から、必ずしも位置データベースに存在するとは限らない別の装置（例、自身のオフィスの電話）に転送するかもしれない。この場合、ＳＩＰ ＲＥ＿ＩＮＶＩＴＥ（又はＵＰＤＡＴＥ）メッセージ内のＩＰアドレスは、このセッションが別の装置に転送され、そのユーザの携帯電話及び進行中の動作を示すユーザデータオブジェクトから削除することができることを示す。これにより、データベースアップデートエンジン７１１にこのセッションをユーザデータベースオブジェクトから削除することを許可する。

位置データベースの初期化及び更新
負荷等化アンテナに関与するユーザデータオブジェクトの属性は、そのユーザ端末の位置又は位置の方位角度である。その角度は、直接的に検出、或いは絶対的位置識別情報（ＧＰＳ、三角測量、又は双曲線の位置識別情報）により決定される。アンテナシステムは、位置標定またはユーザ位置（即ち、端末）の方位角度を取得することで技術的に周知の到来方向（ＤＯＡ）想定アルゴリズムのどちらか一方と併せて受信信号を使用する。スマートアンテナにおけるＤＯＡ情報の使用においては、３つの課題がある。即ち、
ａ．アンテナシステムを起動するにあたり、位置データベース７１２はどのように初期化されるか？
ｂ．制御装置７０２は、負荷等化(制御)エンジン７１３によるビーム幅及びそれらの角度の動的調整により、システムサービスエリアおよび受け入れ不可（又は不定）期間外にある非活動ユーザ／端末を残さないことをどのように確認するか？
ｃ．セッションの位置、サービスタイプ及び等価容量はどのように確保され、位置データベース７１２に格納されるか？
第１の課題を解決するには、アンテナのビーム幅及びそれらの角度はシステムの起動時に地域全体をカバーするよう初期化される。負荷等化（制御）エンジン７１３は、初期のビーム幅をω_ｋ＝π／Ｎ，０≦ｋ<Ｎに指定する。例えば、負荷等化エンジンはω０＝ω１＝ω２＝π／３によりスリービームアンテナを起動させ、初期化インターバルが満了するとすぐに負荷等化手順の実行を開始する。初期化インターバル持続時間の正確な値は、ＤＯＡアルゴリズムがシステム受信地域内の全てのアクティブ端末の位置を割り出すのに要した時間により決まる。

データベースアップデートエンジン７１１は、次にユーザの位置及びＭＡＣアドレスの少なくとも一つにより、ユーザのデータオブジェクトを初期化し、その間、データベースアップデートエンジン７１１がＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０からＵＲＬ、ＩＰアドレス、及びセッションＩＤやトラフィック記述子の情報を受け取るまで、残存するオブジェクトを「ゼロ」にセットする。データベースエンジン７１１は、ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０から受け取った情報を処理し、ユーザデータオブジェクトのその他の属性を抽出し更新する。

第２の課題の解決法、即ち、沈黙期間後にユーザが再びアクティブになった時にシステムへ再結合させる手段は、第１の課題と類似する。ただし、後者は周期的プロセスであるのに対し、前者は比較的まれに実行されるタスクであるという点において異なる。言い換えれば、Ｎビームを有するアンテナ７０１の負荷等化（制御）エンジン７１３は、周期的に（例えばＴｐ秒毎に）負荷等化ビームの形成を一時中断し、ω_ｋ＝π／Ｎ，０≦ｋ<Ｎ幅のビームを作り出すことにより、サービスエリア全体を走査し、全てのアクティブユーザを位置データベースに授ける（又は復帰する）。初期設定タスクと同様、一時中断時間の長さはＤＯＡアルゴリズムによる。データベース更新期間Ｔｐの選択おけるトレードオフは、１）これらの更新による負荷等化装置の性能への影響が比較的些細であるように時間空間フレームサイズＴよりもはるかに大きくすべきこと、及び２）オフフックユーザを締め出してしまう可能性が最小限で済むようことを確実にするために十分に小さくすべきことである。

また、（同じアンテナアレイ又は別のアンテナアレイから）別のビームを作り出し、そのエリアを走査して、全ての新たな或いは再結合する携帯端末を確認しても良い。

第３の課題を解決するために、データベース更新エンジン７１１は、ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０又はアンテナ７０１のプロセッサ７１５のいずれか一方から新たな位置、セッション及びサービス情報を受け取ると、データベースを修正する。

データベース更新エンジン７１１がＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０又はベーシックスマートアンテナのプロセッサ７１５のいずれか一方からデータを受信すると、データベース更新エンジン７１１は、必要に応じて（例えば、セッションの等価容量を計算するなど）情報を処理し、オブジェクトが既にデータベースに存在する場合は、対応するユーザデータオブジェクトを更新する。異常な状態がなければ、オブジェクトは既にデータベースに存在する。存在しない場合、データベースに新たなユーザデータオブジェクトを作り、その識別子を使用しそれにアクセスする。識別子は、「新たな」ユーザ端末のＭＡＣアドレスであっても、なくても良い。

データベース更新エンジン７１１は、必要に応じて古いユーザデータオブジェクトを削除する。例えば、古いオブジェクト（その後更新がなく数分或いは数時間が経過したもの）はもはや適切ではない。アンテナが長時間に渡りユーザの携帯電話から信号を受信していない場合、そのユーザデータオブジェクトは古いと判断され、この点において、ユーザ端末が破損若しくは（オペレータのポリシにより記述されたように）長期間その登録を更新していない場合、ユーザデータオブジェクトは古いと見なされる。

ユーザセッション及びサービスに関する情報の入手
制御装置７０２は、ＳＩＰ信号伝達メッセージからの、ユーザ、ユーザの端末ＭＡＣ及びＩＰアドレス、及び進行中のセッションやサービスに関する情報を保持する。ＩＥＥＥ８０２．１１ＷＬＡＮに関しては、端末は通常、始めにアクセスポイントに登録してから情報が送れるようになる。そのため、ユーザデータオブジェクトのＭＡＣアドレス及び位置の属性は、通常他のものに先駆けて位置データベースに現れる。

ＳＩＰメッセージから取得されるユーザデータオブジェクトの属性は、ユーザＳＩＰ ＵＲＬ、ＩＰアドレス及びそのユーザ端末に対応するＭＡＣアドレス、進行中セッションの「セッションＩＤ」、及びそれらのサービス要求である。また、これらはその他のソースから得ることもできる。ＭＡＣ及びＩＰレベルでのＵＲＬ及び端末アドレスは、ＳＩＰ登録メッセージフローの間に取得することができ、また、進行中のセッション及びそれらのサービスに関する情報は、ＳＩＰコールセットアップメッセージ交換から引き出すことができる。ＳＩＰアウトバウンドプロキシ７０６は、アンテナ７０１のサービスエリア圏内ユーザの携帯電話発着セッションの信号伝達メッセージ経路中にあり、アンテナ７０１サービスエリア圏内のユーザ間で行き来する信号伝達メッセージをＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０にコピーする。ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、これらのメッセージをフィルタにかけ、データベースアップデートエンジン７１１に伝達するための必要な情報を取得する。

ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、位置データベースのユーザデータオブジェクトが、ユーザのＵＲＬｓ、ＩＰアドレス及びＭＡＣアドレスに関する正確且つ最新の情報を含むことを確実にする。ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、以下の１以上を通して本件及びその他のタスクを実行する。即ち、
ａ．アウトバウンドＳＩＰプロキシ７０６からＳＩＰ ＲＥＧＩＳＴＥＲメッセージを受信する際、ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０はメッセージをヘッダとボディの両方に関し加工し、ユーザＵＲＬ、そのターミナルＩＰアドレス、そのＭＡＣアドレス、また登録セッションＩＤの少なくとも１つを取得する。ユーザ端末の登録セッションＩＤ、ユーザＵＲＬ及びＩＰアドレスはＳＩＰ ＲＥＧＩＳＴＥＲヘッダから入手可能である。ＭＡＣアドレスは、ＲＥＧＩＳＴＥＲメッセージボディから取得される。

ｂ．携帯電話ＩＰがターミナルモビリティを与える場合、ユーザＮＡＩ（即ち、ユーザのホームＩＰアドレス）はＳＩＰ登録メッセージのＣＯＮＴＡＣＴフィールドに設けてもよい。特に、クロスアプライアンス（装置間共通）サービスモビリティの場合においては、アプライアンス（装置）変更後、ＣＯＮＴＡＣＴフィールドは変更携帯端末のＮＡＩに設定される。それにより、データベース更新エンジン７１１は、セッションが元の携帯端末に属さないことを知る。
ｃ．同じ登録セッションＩＤを持つ「２００」ＯＫメッセージを受信する際、ＳＭＰは、ＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス及びＵＲＬをＤＢ更新エンジンへ転送する。ＤＢ更新エンジンは、ＭＡＣアドレスを使用して、ＳＩＰ ＵＲＬ及びＩＰアドレスの属性が更新されるべきユーザデータオブジェクトを特定する。

下記は、ＳＩＰにおけるリソース及びセッションマネジメントの分離及びその密接な関係について説明する。本技術分野で知られるように、ＳＩＰの仕様はリソースマネジメント及びセッションマネジメント機能を分離する。ＳＩＰに関する限り、リソースマネジメントはセッションを設定するための前提条件である。ここでは、一定量のリソースを持つセッションの設定する要求はリソースが準備されない限り達成されることはない。しかし、ＳＩＰ自身はこれらのリソースの獲得について何もしないので、必要なリソースの取得はエンドユーザ次第である。しかしながら、他のプロトコルによってネットワークがリソースを準備するときにもっと積極的な役割を果たすことができる。

図９は、リソース前提条件（例えば、電話での通話）を持つベーシックセッションを設定するメッセージフローを示す。ここでは、アンテナサービスエリア圏内の発呼側がアンテナサービスエリア圏外の被発呼側に電話をかけている。

ステップ９０１では、通話は、ＩＮＶＩＴＥメッセージ本体にＳＤＰ（セッション記述プロトコル）ＰＤＵ（プロトコル・データ・ユニット）を含む発呼側からのＩＮＶＩＴＥメッセージで始まる。ＳＤＰ ＰＤＵは、ＩＮＶＩＴＥメッセージ本体中にセッションのサービス要求を含む。ＳＤＰ ＰＤＵは（ＳＤＰ１として表記）、発呼側端末でサポート可能なサービスのタイプ及び要求について被発呼側に知らせるセッションメディア情報を含む。

次に、ステップ９０２では被発呼側は被発呼側端末の性能を示すＳＤＰ ＰＤＵ（ＳＤＰ２として表記）を含む進行中の１８３セッションにより応じる。
ステップ９０３及び９０４において、「１８３」メッセージ受信後に、発呼者及び被発呼者がＰＲＡＣＫ及びＯＫメッセージを交換する。確認メッセージに続く準備期間９０５では、発呼者及び被発呼者がそれぞれ自己の手段やプロトコル（例、ＲＳＶＰ他）によりリソースを準備する。

準備処理が完了すると、発呼者は被発呼者方向に対する発呼者でのメディア準備を記述するＳＤＰ ＰＤＵ（ＳＤＰ３として表記）を含むＵＰＤＡＴＥメッセージ９０６を送る。
被発呼者は、発呼者方向に対する被発呼者でのメディア準備を示すＳＤＰ ＰＤＵ（ＳＤＰ４として表記）を含む「２００」ＯＫメッセージ９０７を送る。
被発呼者は発呼者に対し呼び出しメッセージ９０８を送り、被発呼者を現在呼び出し中であることを発呼者に警告する。

一組の確認信号が９０９及び９１０として交換される。
被発呼者は次に９１１において通話がつながっていることを示し、発呼者は９１２で確認し、セッションが開始する。最後に、発呼者はＡＣＫメッセージを被発呼者に送り、ステップ９１３でセッションが始まる。

前述のメッセージフローは、ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０がＩＮＶＩＴＥ−ＳＤＰ１ ９０１、ＵＰＤＡＴＥ−ＳＤＰ３ ９０６及び２００ ＯＫ−ＳＤＰ４ ９０７、及びメッセージフローの最終ＡＣＫ ９１２メッセージを処理し、セッション及びそのサービスに関する情報を取得することを示す。ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、それにコピーされる、各呼出に関する全ての他の呼出設定メッセージを無視するかも無視しないかもしれない。ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、各通話のＩＮＶＩＴＥ９０１、ＵＰＤＡＴＥ９０６、２００ ＯＫ ９０７及びＡＣＫ９１２のメッセージを次のように処理する。即ち、
アウトバウンドＳＩＰプロキシ７０６から各ＩＮＶＩＴＥ９０１を受信すると、ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、ＩＮＶＩＴＥメッセージのヘッダを処理し、セッション−ＩＤ、発呼者のＳＩＰ ＵＲＬ及びＩＰアドレスを取得し、これらのデータを１つ以上含んだ時間的データオブジェクトを作成する。

同じセッションＩＤを持つＵＰＤＡＴＥメッセージをアウトバウンドＳＩＰプロキシ７０６から受信すると、ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、ＵＰＤＡＴＥ本体内のＳＤＰ ＰＤＵからメディア情報を取得する。ＳＤＰ ＰＤＵメディアは、アップリンク方向にこのセッションサービス要求を識別する。ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、アップリンク上のこのセッションメディア（すなわち、サービス要求）をセッションＩＤ属性がＵＰＤＡＴＥメッセージのセッションＩＤと同一である時間的データオブジェクトに追加する。

同じセッションＩＤを持つ次の２００ ＯＫ ９０４を受信すると、ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、ダウンリンクにおいてセッションサービス要求を特定する本体中のＳＤＰ ＰＤＵからメディア情報を取得する。次に、ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０は、このダウンリンクセッションメディア情報をセッションＩＤ属性が同じである時間的データオブジェクトに含める。

最後に、ＳＩＰメッセージプロセッサ（ＳＭＰ）７１０が同じセッションＩＤを持つ次のＡＣＫを受信すると、この時間的データオブジェクトをデータベースアップデートエンジン７１１に転送する。

データベース更新エンジン７１１は、転送されてきた時間的データを処理し、それに従って対応するユーザデータオブジェクト８０１を更新する。データベース更新エンジン７１１は、１つ以上のＵＲＬ、ＩＰアドレス、セッションＩＤ及びアップリンクとダウンリンクメディア情報を含む時間的データオブジェクトを受信する。データベース更新エンジン７１１は、セッションＩＤやセッションのアップリンク及びダウンリンクメディア情報を含むリソースマネージャにメッセージを送る。ネットワークのリソースマネジメント方式に応じて、リソースマネージャは等価容量を計算してそれをデータベース更新エンジン７１１に送るか、セッションのアップリンク及びダウンリンクメディアのトラフィック記述子を自ら等価容量を計算するデータベース更新エンジン７１１に送る。次に、データベースアップデートエンジン７１１は、ＭＡＣアドレス、ＵＲＬ及びＩＰアドレスを使用し、位置データベース内の対応するユーザデータオブジェクトを独自に識別し、更新する。

制御システム及び技術は、更に他の活動領域にも適用される。さらに、負荷等化スマートアンテナのアップリンクにおいて適切なフレーミングを確保するＷＬＡＮの予告ＭＡＣ＿ＰＤＵｓのタイプ及びサブタイプフィールドに対するコード・ポイントを標準化することもできる。負荷等化スマートアンテナは、他の類似するアンテナ及び従来の（負荷非分散）アンテナと共に使用することができる。

パケットネットワークにおけるセッション許可制御
アンテナ及び制御システムは、パケットネットワークにおける選択的セッション許可を介して負荷の制御をしてもよい。セッション（或いは呼出）許可制御は、ネットワークのトラフィック管理ポリシに従って新たなセッションをセットアップする要求を受け入れるか拒否するかを決定する。ネットワークは、別個の容量需要やＱｏＳ要求を持つさまざまなサービスの種類をサポートするので、許可制御ポリシは通常、サービス種類間における公平なブロッキングを確立し、各々の許可されたセッションに対し十分なネットワークリソースが有用であることを保証し、ネットワークリソースのプール全体に対し好ましい活用レベルの維持することを試みる。

パケット（ＡＴＭまたはＩＰ）ネットワークのトラフィック管理は、広範に研究されてきた。数々の許可制御、スケジューリング、フロー制御、ポリシング(policing)及びシェーピング(shaping)技術が存在し、ここに説明するアンテナ負荷バランシングシステムと共に機能することができる。２つの手法が記述されており、これらはネットワークにおけるセッションの「等価容量」或いはノードの「入場許可領域」のいずれか一方を用いたセッション許可制御である。

等価容量を用いた許可制御
等価容量を用いた許可制御においては、ネットワークはセッションのトラフィック記述子及びそのＱｏＳ要求を用いて、セッションをサポートするのに必要とされる容量（等価容量と呼ばれる）を推定する。等価容量の導出に対する様々な解析表示が提案されてきた。セッションの等価容量の選択にあたっては、アクセスインターフェイスでのセッション毎Ｘパケットの所定のバッファサイズに対し、アクセスリンクにおけるセッションのパケット損失率がセッションのサービスレイヤ同意にて決められた規定値βを超えないものとする。実時間サービスの動作に対する第１のＱｏＳ制約は、パケット遅延が上限Ｔを超えないことである。よって、これを満たすため、実時間セッション毎の最大バッファサイズはＸ≦０．５「Ｔ／μ」であり、μは周波数チャンネルにおける実時間パケットの平均サービス（アクセスに加えて送信）時間である。

ｉ−ｔｈセッション上のトラフィックのピーク率がＲ_ｐ ^（ｉ）の場合、その平均率はＲ_ａ ^（ｉ）であり、その平均バースト長はδ_ｉ ^−１である。ｉ−ｔｈセッションにおけるトラフィックアクティビティが２状態のマルコフ連鎖モデルに準拠すると仮定し、Anick et al. (D. Anick, D. Mitra, and M.M. Sondhi, “Stochastic Theory of Data Handling System with Multiple Sources”, Bell System Technical Journal (BSTJ), Vol. 61, No. 8, October 1982)の結果と合わせてセッショントラフィックの簡単な流体近似値を用いると、Guerin, et al. (R. Guerin, H. Ahmadi, and M. Naghshineh, “Equivalent Capacity and Its Application to Bandwidth Allocation in High-Speed Networks”, IEEE Journal on Selected Areas of Communications, Vol. 9, No. 7, September 1991)はｉ−ｔｈセッションの等価容量Ｃ_ｉに対し、次式に到達する。即ち、

但し、α＝−Ｌｎ（β）及びρ_ｉ＝Ｒ_ａ ^（ｉ）／Ｒ_ｐ ^（ｉ）である。ρ_ｉ→１、例えば音声電話技術セッションであれば、その時、Ｃ_ｉ→Ｒ_ｐ ^（ｉ）、即ち、一定のビットレートセッションの等価容量はピーク率に相当するということは注目に値する。

アクセスチャンネル（リンク／媒体）上の空き容量が、要求されたセッションの等価容量を超える場合、即ち、Ｃがチャンネル容量であるΣＣ_ｊ≦Ｃの場合、ネットワークはセッションを設定する要求を許可する。８０２．１１ＷＬＡＮｓ等の多重アクセス共有媒体チャンネルにおいては、ＣがそのＭＡＣプロトコルの「ノミナル」動作の下で媒体の最大処理能力を示すことは注目に値する。

許可領域を使用した許可制御
許可領域手法を用いた許可制御においては、ネットワークは許可領域「マップ／カーブ」をガイドラインとして用いて、パケットネットワークにおけるセッション設定要求を容認するか拒否するかを判断する。これらのマップ／カーブは、スイッチングノード、スマートアンテナ制御装置などのネットワーク構成要素やその他の場所に記憶されてもよく、ネットワークに記憶されなくてもよいけれども、ネットワークからアクセスすることができる。許可領域とはマップ／カーブであり、それらのポイントがチャンネルやノードによってサポートできるさまざまなサービス種類の同時セッションの数を表している。

許可領域マップは通常、ネットワークにネットワークに所定数のサービス種類を仮定して、測定、シミュレーション又は分析を介してオフラインで取得される。この手法は、限られた数のサービス種類を持つ小さなネットワークにおいて有効であるといえる。

例えば、音声及び最善努力データサービス(best effort data services)のみをサポートするアンテナシステムの場合、そのビーム幅の機能として各周波数チャンネルの許可領域を測定（或いは抽出）する必要がある。許可領域は、システムに存在するデータトラフィックの量に対する、システムがサポートし得る同時音声セッションの数を示すカーブである。許可領域アプローチを使用する許可制御を用いる利点の１つとしては、許可領域がＭＡＣプロトコルのノミナル動作を反映することである。

本発明の態様に従ったビーム間の負荷を等化する処理を示す。 本発明の態様に従ったアンテナ制御装置の具体例を示す。 本発明の態様に従った修正されたビーム幅の図解を示す。 本発明の態様に従ったビーム間の負荷を等化する処理を示す。 本発明の態様に従った修正されたビーム幅の図解を示す。 本発明の態様に従った修正されたビーム幅の図解を示す。 本発明の態様に従ったシステム構築の具体例を示す。 本発明の態様に従ったユーザ・データ・オブジェクトのデータ構成を示す。 本発明の態様に従った信号交換を示す。

Claims (21)

1. アレイアンテナからの２以上のビーム間のトラフィックを等化する方法であって、
   前記２以上のビームによってカバーされる領域内の携帯端末の各端末に要求される容量を決定するステップと、
   前記携帯端末の位置を決定するステップと、
   前記２以上のビームが前記端末に情報を提供するように前記ビームを割り当てるステップと、
   前記端末に情報を提供するため前記２以上のビームの最初のビームを方向付けるステップと、を含み、
   前記ビームの少なくとも１つはその集合容量が前記ビームにより情報提供される端末によって要求される合計容量の少なくとも１／Ｎ（但し、Ｎはビーム数）である多数の端末に情報を提供する、方法。
2. 前記割り当てステップは
   前記２つ以上のビームの最初のビームの最大幅に到達するまで前記最初のビームに端末を加えるステップを更に含む、請求項１記載のトラフィック等化方法。
3. 前記割り当てステップは、
   前記２つ以上のビームのうちの最初のビームにおける端末の前記要求容量は前記２以上のビームによって情報が与えられる端末によって要求される前記合計容量の１／Ｎ以上になるまで前記最初のビームに端末を追加するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
4. 前記割り当てステップは非実時間情報の要求容量に基づいて前記ビームを前記端末間に割り当てる、請求項１記載の方法。
5. 前記割り当てステップは実時間情報の要求容量に基づいて前記ビームを前記端末間に割り当てる、請求項１記載の方法。
6. 前記割り当てステップは実時間及び非実時間情報の両方の要求容量に基づいて前記ビームを前記端末間に割り当てる、請求項１記載の方法。
7. 前記割り当てステップは、
   時間フレームを実時間割り当て部及び非実時間割り当て部に分離するステップと、
   前記実時間情報を扱うため前記実時間割り当て部期間に前記ビームを割り当てるステップと、
   前記非実時間情報を扱うため前記非実時間割り当て部期間に前記ビームを割り当てるステップを更に含む、請求項６記載の方法。
8. アレイアンテナから送出される２以上のビーム間のトラフィックを等化するシステムであって、
   前記２以上のビームによってカバーされる領域内の各携帯端末に要求する容量を決定する手段と、
   前記携帯端末の位置を決定する手段と、
   前記ビームが前記端末に情報を提供する前記２以上のビームを割り当てる手段と、
   前記端末に情報を提供する前記２以上のビームの最初のビームを方向付ける手段と、を含み、
   前記ビームの少なくとも１つが多数の端末に情報を提供し、これら端末の総容量が前記ビームにより情報が与えられる前記端末によって要求される総容量の少なくとも１／Ｎであり、但し、Ｎはビームの数である、方法。
9. 前記割り当て手段は前記２以上のビームのうちの最初のビームの最大幅に達するまで前記最初のビームに端末を追加する、請求項８記載のシステム。
10. 前記割り当て手段は、前記２以上のビームのうちの最初のビームにおける端末の要求容量が前記２以上のビームによって情報が提供される前記端末によって要求される前記総容量の１／Ｎ以上となるまで前記第1ビームに端末を追加する、請求項８記載のシステム。
11. 前記割り当て手段は非実時間情報の要求容量に基づいて前記端末間に前記ビームを割り当てる、請求項８記載のシステム。
12. 前記割り当て手段は実時間情報の要求容量に基づいて前記ビームを前記端末間に割り当てる、請求項８記載のシステム。
13. 前記割り当て手段は実時間及び非実時間情報の両方の要求容量に基づいて前記ビームを前記端末間に割り当てる、請求項８記載のシステム。
14. 前記割り当て手段は、
    フレームを実時間部及び非実時間部に分離する手段と、
    前記実時間情報を扱うため前記実時間部の間に前記ビームを割り当てる手段と、
    前記非実時間情報を扱うため前記非実時間部の間に前記ビームを割り当てる、請求項１３記載のシステム。
15. 端末のＳＩＰ ＵＲＬを含む第1部と、
    前記端末の位置を含む第２部と、を含むデータ構造により構成され、前記第２部に記憶される前記位置情報は、前記第1部における情報により同定される端末に情報を提供するためビームの割り当てに用いられるコンピュータ読み取り可能媒体。
16. 前記端末のＩＰアドレスを記憶する第３部を更に含む、請求項１５記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
17. 前記端末のＭＡＣアドレスを記憶する第３部を更に含む、請求項１５記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
18. 前記端末の少なくとも１つの進行中セッションのサービスタイプを記憶する第３部を更に含む、請求項１５記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
19. 端末に情報を提供するビームを有するアンテナと、
    前記アンテナを制御し、前記端末の位置及び前記端末により要求される容量に基づいて前記ビームを割り当てる負荷等化エンジンを有する制御装置と、を含むビーム間のトラフィックを等化するシステム。
20. 前記制御装置が端末の位置を記憶する位置データベースを更に含む請求項１９記載のトラフィック等化システム。
21. 前記制御装置が端末の進行中セッションのサービス或いは複数のサービスのタイプを記憶する位置データベースを更に含む請求項１９記載のトラフィック等化システム。

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