JP2008519574A

JP2008519574A - アンテナパターンを制御するためのシステムおよび方法

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Publication number: JP2008519574A
Application number: JP2007540437A
Authority: JP
Inventors: ヘンリーチャン，; ダッグダン，
Original assignee: キョウセラワイヤレスコープ．
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: US20070057843A1; KR100828866B1; CN101069446A; EP1813126A1; US7221318B2; BRPI0606136A2; KR20070083739A; JP4427083B2; WO2007032990A1; CN101069446B

Abstract

アンテナパターンを制御するための通信システムおよび方法が開示される。通信システムは、移動局、基地局、またはそれらの組み合わせの上に置かれ得る。通信システムは、スマートアンテナモジュール、スピードセンサ、およびビームステアリングモジュールを備える。スマートアンテナモジュールは、移動局、基地局、またはそれらの組み合わせの上に置かれ得る。スマートアンテナモジュールは、少なくとも一つの初期アンテナパターンを生成する。スピードセンサは、移動局のスピードを決定するように構成される。ビームステアリングモジュールは、初期アンテナパターンとは異なる作動アンテナパターンを生成する。作動アンテナパターンは、移動局のスピードにおける変化によって影響される。

Description

本発明は、アンテナパターンを制御するための装置および方法に関する。より具体的には、本発明は、移動局のスピードの関数としてのアンテナパターンの制御に関する。

移動通信システムにおいて、容量および性能は、通常、マルチパスおよび同一チャネル干渉によって制限される。マルチパスは、送信された信号が伝搬環境における種々の障害物からの反射を受けるときに生じる条件である。マルチパス信号は、異なる経路を辿り、受信機に到着するときに異なる位相を有する。その結果は、位相の不一致に起因する、受信機において信号が組み合わされるときの信号品質における劣化である。

スマートアンテナは、マルチパスおよび同一チャネル干渉を効率的に低減することによって、ワイヤレスネットワークにおいて、より高い容量を可能にする。スマートアンテナは、好ましい方向の放射に焦点を合わせ、変化するトラフィック状態または信号環境に対して自らを調整する。これらの要素の信号が組み合わされて、移動可能または切替可能なビームパターンを形成する。信号を組み合わせ、次に特定の方向の放射に焦点を合わせるプロセスは、しばしばデジタルビーム形成と呼ばれる。

例えば、制限することを目的とはしないが、２種類のスマートアンテナがある。それらのアンテナは、干渉およびマルチパスの影響を緩和するために、有効範囲（ｃｏｖｅｒａｇｅ）および距離範囲（ｒａｎｇｅ）を増加させながら、自らのアンテナパターンを動的に変化させる。すなわち、交換ビーム（ｓｗｉｔｃｈｅｄｂｅａｍ）およびアダプティブアレイである。交換ビームスマートアンテナシステムは、特定の領域をカバーするビームを生成するアンテナアレイを用いて、ネットワーク容量における増加を提供する。説明的な基地局については、基地局は、所定の信号の方向に最も良好に合わせられたビームを決定し、次に移動局と通信するためにそのビームに切り替える。

例えば、制限することを目的とはしないが、アダプティブアレイスマートアンテナシステムは、移動局に向けて主ビームを導き、同時に干渉信号の方向にヌルを形成することによって、モバイルユーザを連続的に追跡する。説明的な例において、空間的に分散したアンテナ要素のそれぞれから受信される信号は、重みによって乗算される。重みは性質において複雑であり、振幅および位相を調整する。これらの信号が組み合わされて、アレイアウトプットを生じる。これらの複雑な重みは、アダプティブアルゴリズムによって計算される。

スマートアンテナの使用には、以下を含む種々の利点がある。すなわち、同一チャネル干渉の低減、距離範囲の改善、容量における増加、送信されるパワーにおける低減、マルチパスの影響の緩和、およびＴＤＭＡ、ＦＤＭＡおよびＣＤＭＡシステムとの互換性である。

しかし、スマートアンテナには数多くの制限がある。それらは、移動局が移動しているときの性能の劣化を含む。より具体的には、運転のスピードおよび歩行者のスピードにおいて、不適切なビームステアリングによって性能劣化が引き起こされる。ビームステアリングは、放射パターンの主ローブの方向を変化させることである。無線システムにおいて、ビームステアリングは、アンテナ要素を切り替えることによって、またはＲＦ信号の相対的位相を変化させることによって、達成され得る。

性能劣化は、スマートアンテナの制限によって引き起こされる。スマートアンテナのビームステアリングは、過度に焦点が合わされており、移動局の移動に容易に適応しない。結果として、移動局はコールをドロップ（ｄｒｏｐ）し得る。プロセッサ速度を増加させるなどの解決策は、これらのスマートアンテナの制限を解決できない。なぜなら、問題は、ビームステアリングのために必要とされるデータを収集するために必要な測定を中心に展開するからである。ビームステアリングのために実行され得る測定は、パワーレベル、信号対雑音比、パワー制御、およびビームステアリングプロセスの間に実行される他のそのような測定を含む。これらの測定のそれぞれは、十分な正確性を提供するために、一定期間にわたって行なわれなければならない。しかし、移動局が移動しているときには、必要とされる正確性をもってこれらの測定を行なうために必要な時間は、利用可能ではない。結果として生ずる測定データは、より不正確であるかまたは不完全であるので、スマートアンテナの性能劣化という結果を招く。したがって、スマートアンテナ測定が完了され得るスピードよりも速く移動局が移動しているときには、性能は劣化する。

（本発明の概要）
アンテナパターンを制御するための通信システムおよび方法。通信システムは、移動局、基地局、またはそれらの組み合わせの上に置かれ得る。一実施形態において、通信システムは、スマートアンテナモジュール、スピードセンサ、およびビームステアリングモジュールを備える。代替的な実施形態において、移動局のスピードを決定するための手段が用いられる。スマートアンテナモジュールは、移動局、基地局、またはそれらの組み合わせの上に置かれ得る。スマートアンテナモジュールは、少なくとも一つの初期アンテナパターンを生成する。スピードセンサは、移動局のスピードを決定するように構成される。ビームステアリングモジュールは、スピードセンサと通信可能に結合され、移動局のスピードに基づいて作動アンテナパターンを生成する。作動アンテナパターンは、初期アンテナパターンとは異なる。したがって、作動アンテナパターンは、移動局のスピードの変化によって影響される。

一般的に、移動局が特定のスピードを超えるときに、作動アンテナパターンは、初期アンテナパターンよりも広い。例えば、制限することを目的とはしないが、作動アンテナパターンの有効範囲は、移動局の増加するスピードに起因して増加し、作動アンテナパターンの有効範囲は、移動局の減少するスピードに起因して減少する。たとえば、移動局が運転のスピードにあるとき、作動アンテナパターンは、全方向性であり得る。通信システムは、移動局、基地局、またはそれらの組み合わせの上に置かれ得る。さらに、通信システムは、集積回路、プロセッサ、またはそのようなデバイスの組み合わせにおいて具体化され得る。

本発明は、以下の図面を参照することによってより完全に理解され、それらの図面は説明的な目的のためであって、限定的な目的のためではない。

当業者は、以下の記載が説明的なものであって、決して制限的なものでないことを理解する。クレームされる事柄の他の実施形態は、本開示の利点を有する当業者に対して容易に示される。以下に説明されるシステムは、構成についておよび詳細について変化し得ることが、当業者によって理解されるべきである。さらに、本明細書において開示される説明的な方法から逸脱することなく、詳細、作用の順序、または他のバリエーションについて、方法は変化し得る。

図１を参照して、初期アンテナパターンを生成するスマートアンテナモジュールを有する基地局の説明的な図が示される。説明的な基地局１０は、説明的な初期アンテナパターン１２を生成するスマートアンテナモジュール（図示せず）を有する。この説明的な初期アンテナパターン１２は、基地局送信、基地局受信、またはそれらの組み合わせに関連する。説明的な基地局１０は、３つのセクタに分割される。すなわち、アルファ（α）、ベータ（β）およびガンマ（γ）である。例えば、制限することを目的とはしないが、それぞれの基地局セクタは、約１２０度のビーム幅を送信および受信する能力のあり得るアンテナを含む。基地局１０の境界は、円１４によって特定される。円１４は、説明的な放射パターンを示すために使用される。

説明的な基地局１０は、スマートアンテナモジュールを備える。例えば、制限することを目的とはしないが、基地局１０の動作のためのスマートアンテナモジュールは、カリフォルニア州ＳａｎＪｏｓｅに位置するＡｒｒａｙｃｏｍｍ，Ｉｎｃ．から入手され得る。説明的な例において、基地局１０の上に置かれるスマートアンテナモジュールは、基地局と説明的な移動局１６との間の無線信号を動的に制御するために、高度な信号処理技術と組み合わせられた既成のアンテナの小さなアレイを使用する。基地局において行われる信号処理は、それぞれの移動局の意図された信号を選択的に増幅し、すべての望ましくない信号を拒絶し、より多くの数の移動局がスペクトルを共有することを可能にする。その結果は、容量および有効範囲における顕著な増加である。なお、従来の基地局（スマートアンテナモジュールを含まない）は、すべての方向にエネルギーを送信するので、信号の一部分のみが意図された移動局に到達し、残ったＲＦエネルギーが浪費され、システムにおける他のユーザに干渉するノイズを生成することに留意されたい。

図２を参照して、基地局１０と通信するスマートアンテナモジュールを有する説明的な移動局１６の説明的な図が示される。説明的なスマートアンテナモジュール（図示せず）は、移動局１０の上に置かれ、上述のスマートアンテナモジュールと整合性のある態様で働く。例えば、制限することを目的とはしないが、移動局１６は、初期アンテナパターン１８を生成する。この初期アンテナパターン１８は、移動局送信、移動局受信、またはそれらの組み合わせに関連する。

図３を参照して、スマートアンテナモジュールおよびビームステアリングモジュールを有する説明的な移動局１００が示される。さらに、ロケーションモジュールおよび／またはロケーションセンサ１１６が示される。説明的な第１のアンテナ１０２は、デュプレクサ１０３と動作可能に結合され、デュプレクサ１０３は、送信機１０４および受信機１０８と動作可能に結合される。説明的な第２のアンテナ１０６は、受信機１０８と動作可能に結合される。説明的なスマートアンテナモジュール１１０および論理構成要素１１２は、ビーム形成モジュール１１４を介して、送信機１０４および受信機１０８と通信可能に結合される。移動局のスピードを決定するための説明的な手段も示され、ロケーションモジュールおよび／またはロケーションセンサ１１６と呼ばれる。さらに、タイミング要素を有するロケーションセンサおよびロケーションモジュールの組み合わせは、スピードセンサとして機能し得る。さらに、説明的なセンサは、ドップラーシフト（Ｄｏｐｐｌｅｒｓｈｉｆｔ）を検出し得、ドップラーシフトに基づいてスピードを計算し得る。さらに、当業者は、移動局のスピードを決定するために、速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）センサも使用され得ること、あるいは速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）を検出するための手段もまた使用され得ることを、理解するべきである。

例えば、制限することを目的とはしないが、ロケーションモジュールおよび／またはロケーションセンサ１１６は、移動局の上に置かれ、移動局１００のスピードを決定するために使用されるデータを提供する、ＧＰＳ受信機、センサ、または任意の他のそのようなデバイスである。一実施形態において、ＧＰＳ受信機は、移動局の上に置かれ、移動局の位置を特定するように構成される。移動局の論理構成要素１１２は、ＧＰＳ受信機と通信し、移動局のスピードを決定するように構成される。

本開示の利益を有する当業者は、スマートアンテナモジュール１１０の論理コントローラ（図示せず）が、移動局論理コントローラ１１２とは異なる別の動作を実行し得ることを理解すべきである。例えば、制限することを目的とはしないが、移動局論理コントローラ１１２は、スピード計算を実行するように構成され得、この計算はスマートアンテナモジュール１１０の中に供給され得る。代替的な例において、移動局論理コントローラ１１２は、位置データをスマートアンテナ論理コントローラ（図示せず）に供給し、スマートアンテナモジュール論理コントローラは、移動局のスピードを計算する。本開示の利益を有する当業者にとって、同様の実施形態が容易に明らかであるべきである。

別の実施形態において、スピードを決定するための手段は、スピード（ｓｐｅｅｄ）センサ、速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）センサ、ドップラーシフトを検出するセンサ、または加速度計、または移動局のスピードを決定するために使用され得る任意の他のそのようなセンサなどの、ロケーションセンサ１１６である。例えば、制限することを目的とはしないが、速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）センサは、回転速度、角速度、または直線速度のセンサであり得る。

代替的に、スピードを決定するための手段は、移動局と通信する一つ以上のネットワーク化されたデバイスを備え得る。たとえば、一部の時間分割デュプレックス（ＴＤＤ）テクノロジーにおいて、ネットワーク化されたデバイスは、移動局のスピードを決定するために十分な情報を提供し得る。ネットワーク化されたデバイスは、基地局、他の移動局、またはスピードを決定するように構成された他のネットワークデバイス、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。ネットワーク化されたデバイスは、特定の移動局１００のスピードを決定するために、周知の三角測量方法を使用し得る。

受信機１０８は、一つ以上の基地局送信機によって通信される複数のＲＦ信号を受信するように構成される。ＲＦ信号は、サーブ（ｓｅｒｖｅ）する基地局１０によって移動局１００に通信される。説明的なスマートアンテナモジュール１１０は、一つのアンテナ構成から別のアンテナ構成へと導くかまたはビーム形成をするように作用する。スマートアンテナモジュール１１０に関連するデジタル信号処理は、スマートアンテナが複数の異なるアンテナ構成を同時に処理することを可能にする。論理構成要素１１２は、一つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を備える。

説明的なスマートアンテナモジュール１１０は、複雑な重みを、アンテナ要素に行くかまたはアンテナ要素から来る信号に加え、結果として少なくとも一つの初期アンテナパターンを生成する。初期アンテナパターンもまた、効果的な放射パターンであり得る。説明的な実施形態において、スマートアンテナモジュール１１０は、初期アンテナパターンを生成する。例えば、制限することを目的とはしないが、スマートアンテナモジュール１１０は、少なくとも一つの初期アンテナパターンを生成するように構成される。ビームステアリングモジュール１１４は、移動局のスピードの関数として初期アンテナパターンを変更するように構成され、それは作動アンテナパターンと呼ばれる。したがって、作動アンテナパターンが移動局のスピードにおける変化によって影響されることを除いて、作動アンテナパターンは、上述の初期アンテナパターンと同様である。

説明的な目的のみのために、ビームステアリングモジュール１１４は、図３において別の要素またはモジュールとして示される。図３において提供される説明的な例について、当業者は、ビームステアリングモジュール１１４が、特定のスピード（ｓｐｅｅｄ）または速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）を特定の作動アンテナパターンにマップするルックアップテーブルを備えることを、理解するべきである。代替的に、アンテナのビームステアリングをプログラムするためにデジタル信号処理を使用することの望ましさのために、ビームステアリングモジュールが論理構成要素１１２の中に常駐し得ることが、当業者によって理解されるべきである。

ビームステアリングモジュール１１４は、スマートアンテナモジュール１１０によって生成される初期アンテナパターンとは異なる作動アンテナパターンを生成するように構成される。作動アンテナパターンは、移動局のスピードにおける変化によって影響される。例えば、制限することを目的とはしないが、ビームステアリングモジュール１１４、スマートアンテナモジュール１１２、および論理構成要素１１２を開発するための、ソフトウェアツールおよびハードウェアツールは、以下のような企業によって提供され得る。すなわち、ニュージャージー州Ｂｅｄｍｉｎｓｔｅｒに本社があるＭａｇｎｏｌｉａＢｒｏａｄｂａｎｄ，Ｉｎｃ．、ペンシルベニア州ＫｉｎｇｏｆＰｒｕｓｓｉａに本社があるＩｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｏｒｐ．、カリフォルニア州ＳａｎＤｉｅｇｏに本社があるＱｕａｌｃｏｍｍＩｎｃ．、またはカリフォルニア州ＳａｎＪｏｓｅに本社があるＡｒｒａｙｃｏｍｍ。

作動中は、移動局が特定のスピードを超えるときに、作動アンテナパターンは、初期アンテナパターンよりも広い。たとえば、作動アンテナパターンの有効範囲は、移動局の増加するスピードに起因して増加する。さらに、作動パターン有効範囲は、移動局の減少するスピードに起因して減少する。さらに、作動制限のために、作動アンテナパターンが増加または減少され得ないという移動局スピードがあり得る。

例えば、制限することを目的とはしないが、移動局が高速閾値を超えるスピードで移動しているとき、作動アンテナパターンは全方位性のアンテナパターン３６０度であり得る。当業者は、高速閾値が、特に、ネットワーク設計、通信プロトコルおよび規格、および特定の移動局の設計に依存することを、理解すべきである。比較的広い説明的な例において、高速閾値は２０ｍｐｈを超える。狭い実施形態において、高速閾値は３０ｍｐｈを超える。より狭い実施形態において、高速閾値は４０ｍｐｈを超える。より一層狭い実施形態において、高速閾値は５０ｍｐｈを超える。

別の説明的な例において、時速２０マイルを超える運転のスピードで移動する移動局についての作動アンテナパターンは、静止した移動局についての初期アンテナパターンよりも広い。さらに別の説明的な例において、時速４０マイルを超える運転のスピードにおける移動局についての作動アンテナパターンは、時速２０マイルのスピードを有する移動局についての作動アンテナパターンよりも広い。さらに別の説明的な例において、時速５０マイルを超える移動局についての作動アンテナパターンは、全方向性のパターンであり得る。説明的な例および実施形態は、異なる運転のスピードにおける作動アンテナパターンを明確にすることを意図されたものであることが、本開示の利益を有する当業者によって理解されるべきである。

図４を参照して、移動局と通信するスマートアンテナモジュールおよびビームステアリングモジュールを有する説明的な基地局が示される。この説明的な実施形態において、移動局１２０は、簡略化されており、デュプレクサ１２３に結合された第１のアンテナ要素１２２を備える。デュプレクサ１２３は、送信機１２４および受信機１２８と動作可能な通信をする。送信機１２４および受信機１２８は、論理構成要素１２９と動作可能に結合される。この説明的な実施形態において、スマートアンテナモジュールは、説明的な基地局１３０の中に置かれる。

説明的な基地局１３０は、移動局１２０と通信するように構成される。説明的な基地局１３０は、複数の第１のスマートアンテナ要素１３２を備え、スマートアンテナ要素１３２は、送信機１３４に結合される。複数の第２のスマートアンテナ要素１３６は、受信機１３８に動作可能に結合される。説明的なスマートアンテナモジュール１４０および論理構成要素１４２は、ビームステアリングモジュール１４４を介して、送信機１３４および受信機１３８と通信可能に結合される。移動局のスピードを決定するための手段も示され、スピードセンサ１４６と呼ばれる。説明的な基地局１３０がデジタル信号処理の実施形態を説明することが、当業者によって理解されるべきである。代替的な実際（ｔｒｕｅ）のビームステアリングの実施形態において、当業者は、スマートアンテナモジュール１４０と、複数のスマートアンテナ要素１３２および１３６との間に、接続が必要とされることを理解するべきである。

説明的な基地局１３０の実施形態において、移動局のスピードを決定するための手段は、基地局の上に置かれる。この説明的な実施形態において、基地局１３０は、説明的な移動局１２０のスピードを追跡することによって、移動局のスピードを決定する。たとえばＧＰＳが使用される場合、基地局１３０は位置決定セッションを開始するので、移動局１２０は、擬似距離範囲データまたは緯度／経度データのいずれかを、基地局に返し得る。別の説明的な例において、基地局１３０は、他の基地局（図示せず）とともに、移動局１２０からのドップラーシフトを測定し得る。さらに別の例において、移動局の位置を特定するために三角測量方法が使用され得、位置における任意の変化がスピードにおける変化と関連し得る。さらに別の例において、空間分割マルチアクセス（ＳｐａｔｉａｌＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）（ＳＤＭＡ）の間に収集される空間的なチャネル情報が、説明的な移動局１２０の位置を特定するために使用され得る。空間的なチャネル情報を時間の関数として分析することによって、スピードが計算され得る。

基地局の実施形態の別のセットについて、移動局のスピードを決定するための手段は、基地局１３０および移動局１２０の両方の上に置かれる。たとえば、ロケーションモジュールおよび／またはロケーションセンサ１４８は、ＧＰＳ受信機、センサ、または移動局の上に置かれる任意の他のそのようなデバイスである。ロケーションモジュールおよび／またはロケーションセンサは、基地局に通信されるデータを提供し、次に移動局１００のスピードを決定するために基地局によって使用される。別の例において、スピードを決定するための手段は、速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）センサ、または加速度計、または移動局のスピードを決定するために使用され得る任意の他のそのようなスピードセンサなどの、位置センサ１１６である。この実施形態において、移動局１２０によって収集されるスピード情報は、次に基地局に通信される。さらに別の例において、位置決定エンティティは、ネットワーク内に位置するが基地局１３０には位置しないデバイスである。移動局のスピードを決定することを可能にする種々の他の実施形態が、本開示の利益を有する当業者に対して直ちに示される。

移動局１２０のスピードが基地局によってひとたび決定されると、基地局は、作動アンテナパターンを決定するために、この情報を使用することに進む。作動アンテナパターンは、遷移（ｔｒａｎｓｉｔ）モード、受信モード、またはそれらの組み合わせで基地局によって使用される、アンテナパターンである。例示の目的のために、基地局１３０の上に位置するスマートアンテナ（ａｎｔｅｎｎａｌ）モジュール１４０は、少なくとも一つの初期アンテナパターンを生成するように構成され、ビームステアリングモジュール１３０は、初期アンテナパターンを作動アンテナパターンに変更するように構成され、基地局１３０の上に置かれるビームステアリングモジュール１４４は、少なくとも一つのアンテナパターンを生成するように構成される。作動アンテナパターンは、移動局のスピードにおける変化によって影響される。

上述のように、作動アンテナパターンは、移動局が移動しているときには、初期アンテナパターンよりも広い。作動中は、作動アンテナパターンは、移動局のスピードが増加するときに増加する。さらに、作動アンテナパターンは、移動局のスピードが減少するときに減少する。運転のスピードなどの高速（ｈｉｇｈｒａｔｅｏｆｓｐｅｅｄ）で移動局が移動しているときには、基地局１３０によって生成される作動アンテナパターンは全方向性であり得る。例えば、制限することを目的とはしないが、移動局の特定の高速閾値を超えるとき、基地局１３０の中に置かれるビームステアリングモジュール１４４は、全方向性モードで送信していることがあり得る。

図５を参照して、異なるスピードで移動中の移動局によって生成される作動アンテナパターンの説明的な図が示される。説明的な実施形態において、作動アンテナパターンは移動局によって制御されている。図５においては示されないが、当業者は、基地局がまた、説明的な移動局と同様の態様において基地局の作動アンテナパターンを制御するように構成され得ることを、理解するべきである。

説明的な実施形態において、第１の位置１５２における移動局は静止しており、作動アンテナパターンは、図３におけるスマートアンテナモジュール１１０に関連する初期アンテナパターンと等しい。初期アンテナパターンは、位置１５２における移動局から発する点線によって特定される。移動局が第２の位置１５４にあるとき、移動局は移動しており、それに関連する「歩行者」のスピードを有する。位置１５４において、作動アンテナパターンは、移動局のスピードにおける変化に起因して増加する。例えば、制限することを目的とはしないが、歩行者のスピードは時速約３マイルである。

上述のように、説明的なスマートアンテナの初期アンテナパターンは、過度に焦点が合わせられている。プロセッサの速度を増加させるなどの解決策は、これらのスマートアンテナの制限を解決することができない。なぜなら、問題は、ビームステアリングを制御するために使用される測定を中心に展開するからである。これらの測定は、パワーレベル、信号対雑音比、パワー制御、およびビームステアリングプロセスの間に実行される他のそのような測定を含む。これらの測定のそれぞれは、一定期間にわたって収集されなければならず、スマートアンテナの制限を克服するために十分な正確性を提供しなければならない。必要とされる測定の正確性を達成するために必要な時間を有しないということは、移動局が移動しているときに性能劣化という結果を招き、パターンは必要に応じて迅速に変更され得ない。

移動局は、作動アンテナパターンを増加させ、スマートアンテナの初期アンテナパターンに関連する制限を克服する。位置１５４において作動アンテナパターンを増加させることによって、収集される必要のある情報が少なくなり、通信のために必要とされる測定正確性が小さくなる。さらに、ビームステアリング動作はそれほど正確である必要はない。したがって、作動アンテナパターンを増加させることによって、説明的な移動局は、焦点を合わせられたスマートアンテナビームパターンの制限を克服する。

第３の位置１５６において、移動局は比較的高いスピードを有する。例えば、制限することを目的とはしないが、高速は高速閾値（たとえば時速５０マイル）を超える。この例示的な高速において、例示的な作動アンテナパターンは全方向性である。全方向性のアンテナパターンを提供することによって、移動局は、スマートアンテナのビームステアリング制限のいずれも受けない。ビームステアリングモジュールを有する移動局は、スマートアンテナ解決策に関連する制限を克服し得る。それは、移動局が移動しているときに性能を低下させ得る、焦点を合わせられたアンテナパターンを生成する。

図６を参照して、移動局のスピードの変化に起因するアンテナパターンを制御するための説明的なフローチャートが示される。フローチャート２００は、スマートアンテナを有する移動局、スマートアンテナを有する基地局、またはそれらの組み合わせに対して適用され得る。上述のように、基地局または移動局の上に置かれたスマートアンテナモジュールは、所定の初期アンテナパターンを有する。

説明的なフローチャートは、ブロック２０２において開始され、そこでは移動局の位置が特定される。当業者は、スピード測定がスピードセンサ（たとえば加速度計）によってなされ得る場合には、このステップが必要ではないことを理解するべきである。したがって、移動局または基地局がスピードデータのみを収集するように構成される場合、このプロセスは省略され得る。しかし、移動局が移動局の上に置かれたＧＰＳ受信機を有する場合、ＧＰＳ受信機は、時間の関数として移動局の位置を特定することに進む。

決定の菱形２０４において、移動局が移動しているかどうかの説明的なバイナリー決定がなされる。例えば、制限することを目的とはしないが、移動局が移動しているかどうかの決定は、時間の関数としての位置における変化を特定すること、スピード（ｓｐｅｅｄ）を特定すること、速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）を特定すること、移動局の加速度を特定すること、またはそれらの任意の組み合わせによってなされる。移動局に関連する動きがない場合、方法はブロック２０６に進み、そこで上述のスマートアンテナモジュールに関連する初期アンテナパターンが使用される。初期アンテナパターンは、図３における移動局スマートアンテナモジュール１１０、および／または図４における基地局スマートアンテナモジュール１４０の、産物である。例えば、制限することを目的とはしないが、初期アンテナパターンは、交換ビームシステム、またはアダプティブアレイシステム、または他のそのようなスマートアンテナシステムを使用することによって生成される。

決定の菱形２０４において、移動局が移動しているという決定がなされた場合、方法はブロック２０８に進む。ブロック２０８において、移動局のスピードは、上述の説明的なスピードセンサによって決定される。スピード情報は、作動アンテナパターンを決定するために使用される。概ね、作動パターンは、移動局が移動しているときには、スマートアンテナモジュールの初期アンテナパターンよりも広い。この結果は、ブロック２１０および２１２によって反映される。

ブロック２１０において、移動局のスピードが増加するとき、作動アンテナパターンは増加する。ブロック２１２において、移動局のスピードが減少する場合、作動アンテナパターンは減少する。決定の菱形２１４において説明されるように、移動局のスピードの関数として作動アンテナパターンを変化させるプロセスは、通信が終了させられるまで繰り返される。

移動局のスピードの関数として作動アンテナパターンを増加させることによって、スマートアンテナの焦点を合わせられたビームステアリングによる制限は克服される。上述の実施形態および例は、移動局、基地局、またはそれらの組み合わせに対して適用され得る。移動局のスピードを決定するための複数の手段が説明された。

前述は説明的な実施形態の詳細な説明であることが理解されるべきである。特許請求の範囲は、これらの特定の実施形態または例に限定されない。種々の要素、詳細、任意の方法の実行、および使用法は、上述のものとは異なり得るか、またはまだ商業的に実行可能ではないテクノロジーを使用して拡張され得るかまたはインプリメントされ得、それでもなお本開示の発明的概念の範囲内にあり得る。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの法的同等物によって決定される。

図１は、移動局と通信するスマートアンテナを有する基地局の説明的な図を示す。図２は、基地局と通信するスマートアンテナを有する移動局の説明的な図を示す。図３は、スマートアンテナおよびビームステアリングモジュールを有する、説明的な移動局を示す。図４は、スマートアンテナおよびビームステアリングモジュールを有し、移動局と通信する、説明的な基地局を示す。図５は、異なるスピードで移動する移動局と、その移動局によって生成され、結果として生ずるアンテナビーム幅との、説明的な図を示す。図６は、移動局のスピードにおける変化に起因するアンテナビーム幅を制御するための説明的なフローチャートを示す。

Claims

移動局アンテナのアンテナパターンを制御するための通信システムであって、該システムは、
該移動局アンテナについて少なくとも一つの初期アンテナパターンを生成するように構成されたスマートアンテナモジュールと、
移動局に関連するスピードを測定するためのスピードセンサと、
該スピードセンサと通信可能に結合されたビームステアリングモジュールであって、該ビームステアリングモジュールが、該移動局の該スピードに基づいて、該移動局アンテナについて作動アンテナパターンを生成するように構成され、該作動アンテナパターンが該初期アンテナパターンとは異なる、ビームステアリングモジュールと
を備えた、通信システム。
前記作動アンテナパターンが、前記移動局が特定のスピードを超えるときに、前記初期アンテナパターンよりも広い、請求項１に記載の通信システム。
前記作動アンテナパターンの有効範囲が、前記移動局の増加するスピードに起因して増加し、該作動アンテナパターンの有効範囲が、該移動局の減少するスピードに起因して減少する、請求項２に記載の通信システム。
前記作動アンテナパターンが、前記移動局の前記スピードが高速閾値を超えるときに、全方向性である、請求項３に記載の通信システム。
前記通信システムが、移動局の上に置かれる、請求項３に記載の通信システム。
前記通信システムが、基地局の上に置かれる、請求項３に記載の通信システム。
前記通信システムが、集積回路において具体化される、請求項３に記載の通信システム。
前記通信システムが、プロセッサにおいて具体化される、請求項３に記載の通信システム。
移動局のアンテナパターンを制御するように構成された移動局であって、
該移動局の上に置かれたスマートアンテナモジュールであって、該スマートアンテナモジュールが該移動局について少なくとも一つの初期アンテナパターンを生成するように構成された、スマートアンテナモジュールと、
該移動局のスピードを決定するための手段であって、該スピードは該移動局に通信される、手段と、
該移動局の上に置かれたビームステアリングモジュールであって、該ビームステアリングモジュールが、該スピードを決定するための手段と通信可能に結合され、該ビームステアリングモジュールが、該移動局の該スピードに基づいて、該移動局アンテナについて作動アンテナパターンを生成するように構成され、該作動アンテナパターンが、該初期アンテナパターンとは異なる、ビームステアリングモジュールと
を備える、移動局。
前記作動アンテナパターンが、前記移動局が特定のスピードを超えるときに、前記初期アンテナパターンよりも広い、請求項９に記載の移動局。
前記作動アンテナパターンの有効範囲が、前記移動局の増加するスピードに起因して増加し、該作動アンテナパターンの有効範囲が、該移動局の減少するスピードに起因して減少する、請求項１０に記載の移動局。
前記作動アンテナパターンが、前記移動局の前記スピードが高速閾値を超えるときに、全方向性である、請求項１１に記載の移動局。
前記スピードを決定する手段が、前記移動局の上に置かれるＧＰＳ受信機を備え、該ＧＰＳ受信機が、該移動局についての位置を特定するように構成された、請求項１１に記載の移動局。
前記ＧＰＳ受信機と通信する論理構成要素をさらに備え、該論理構成要素が、前記移動局について前記スピードを決定するように構成された、請求項１３に記載の移動局。
前記スピードを決定するための手段が、前記移動局と通信する一つ以上のネットワーク化されたデバイスを備え、該ネットワーク化されたデバイスが、該移動局の該スピードを決定するために十分な情報を提供するように構成された、請求項１１に記載の移動局。
前記スピードを決定するための手段が、前記移動局の該スピードを決定するように構成された少なくとも一つのセンサを備えた、請求項１１に記載の移動局。
基地局と移動局との間の通信を実行するための方法であって、
移動局アンテナについて少なくとも一つの初期アンテナパターンを生成するように構成された該移動局の上に置かれるスマートアンテナモジュールを提供することと、
該移動局についてスピードを決定することと、
該移動局の該スピードに基づいて、該移動局アンテナについて作動アンテナパターンを生成することであって、該作動アンテナパターンが該初期アンテナパターンとは異なる、作動アンテナパターンを生成することと
を包含する、方法。
前記移動局が特定のスピードを超えるときに、前記初期アンテナパターンよりも広い作動アンテナパターンを生成すること
をさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
前記作動アンテナパターンの有効範囲が、前記移動局の増加するスピードに起因して増加し、該作動アンテナパターンの有効範囲が、該移動局の減少するスピードに起因して減少する、請求項１７に記載の方法。
前記作動アンテナパターンが、前記移動局の前記スピードが高速閾値を超えるときに、全方向性である、請求項１７に記載の方法。