JP2010541506A - セルセグメント内での空間ビームの形成 - Google Patents

Abstract

無線ネットワークでの無線通信を実行するために、少なくとも２つの空間ビームがセルセグメント内で形成され、少なくとも２つの空間ビームは、異なる電力レベルに関連する。少なくとも２つの空間ビームは、スィープパターンに従ってセルセグメントを通じてスィープされる。或る実装では、複数のアンテナ組み立て体が使用されてもよい。各アンテナ組み立て体は、複数のアンテナ素子を有する。例えば、アンテナ組み立て体のうち下部のものは、高及び低電力ビームを形成するために使用されてもよく、アンテナ組み立て体のうち上部のものは、バックホール情報を通信するために使用されてもよい。

Description

概して、本発明は、セルセグメント内での空間ビームの形成に関する。

典型的には、無線通信ネットワークは、セルに分割され、各セルはセルセクタに更に分割される。セル内に位置する移動局との無線通信を可能にするために、基地局が各セルに提供される。

セルセクタを更にセクタ化するために、直交周波数領域多重アクセス（OFDMA：orthogonal frequency domain multiple access）等で、ビームフォーミング技術が実装されている。ビームフォーミング方式は、セルセクタを異なるカバレッジエリア（受信領域）に分割するための、セルセクタ内での複数の空間ビームの形成を示す。移動局は、これらの空間ビームのうち１つ以上を使用して基地局と通信することができる。

１つの種類のビームフォーミング方式は、移動局の位置に動的にビームを向ける適応ビームフォーミング方式である。このような適応ビームフォーミング方式は、モビリティ追跡（トラッキング）を必要とし、移動局の位置が適応ビームを生成するために追跡される。しかし、モビリティ追跡は、比較的大きいオーバヘッド及び複雑性に関連する。更に、モビリティ追跡は、比較的高速で移動している移動局では可能ではない又は実用的ではない可能性がある。

概して、好ましい実施例によれば、無線ネットワークでの無線通信方法は、セルセグメント内で少なくとも２つの空間ビームを形成することを有し、少なくとも２つの空間ビームは、異なる電力レベルに関連する。少なくとも２つの空間ビームは、スィープ（sweep）パターンに従ってセルセグメントを通じて移動してもよい。他の空間ビームは同じ電力レベルを有してもよい。

好ましい実施例によるスィープパターンに従って移動する異なる電力レベルを有する空間ビームを形成可能な基地局に関連する例示的なセル 好ましい実施例によるセルセクタ内で形成される異なるビーム位置に関連する空間ビーム 実施例による空間ビームのスィープパターン 実施例による空間ビームのスィープパターン 実施例による空間ビームのスィープパターン 実施例による空間ビームのスィープパターン 実施例による空間ビームのスィープパターン 実施例による空間ビームのスィープパターン 或る好ましい実施例による異なるビーム構成 或る好ましい実施例による異なるビーム構成 好ましい実施例による異なるセルセクタで形成された空間ビーム ２つのアンテナパネルを有する基地局のアンテナ構成の正面図（各アンテナパネルは、或る好ましい実施例に従って空間ビームを形成可能なアンテナ素子を有する） 図７のアンテナ構成の側面図 実施例による２つの異なるセルで生成された空間ビームの第１の構成 他の実施例による２つのセルで生成された空間ビームの第２の構成 或る好ましい実施例による通信制御及びデータシグナリングの異なる技術 或る好ましい実施例による通信制御及びデータシグナリングの異なる技術 或る好ましい実施例によるデータを通信するフレーム構成 或る好ましい実施例によるデータを通信するフレーム構成 基地局及び移動局の例示的な構成要素のブロック図

他の特徴及び代替の特徴は、以下の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲から明らかになる。

以下の説明では、或る実施例の理解を提供するために、複数の詳細が示されている。しかし、或る実施例は、これらの詳細なしに実施されてもよく、記載の実施例から複数の変更又は変形が可能であることが、当業者にわかる。

或る好ましい実施例によれば、無線通信ネットワークで使用されるOSTMA（opportunistic space time multiple access）技術が提供される。OSTMA技術により、セルセグメント（セル又はセルセクタ）内で複数の空間ビームの形成が可能になり、セルセグメントの複数の空間ビームのうち少なくともいくつかは、異なる電力レベルに関連し、セルセグメント内で異なるカバレッジエリア（受信領域）を提供する。更に、OSTMA技術は、セルセグメント内でビームのスィープ（sweep）パターンを規定し、スィープパターンは、固定のスィープパターンでもよく、動的なスィープパターンでもよい。“空間ビーム”（又は単に“ビーム”）は、基地局と移動局との間で無線通信が実行可能なセルセグメント内での地理的に異なるカバレッジ領域を示す。

“スィープパターン”は、セルセグメント内でビームがセルセグメント内のビーム位置の間で時間と共に移動する様式を示す。固定のスィープパターンは、ビームが所定のシーケンスに従ってビーム位置の間で移動することを意味する。動的なスィープパターンは、ビームが１つ以上の基準に応じて可能な異なるシーケンスでビーム位置の間で移動し得ることを意味する。好ましい実施例によれば、ビームが移動可能なビーム位置は、固定のビーム位置である。従って、空間ビームはセルセグメント内で移動可能であるが、このようなビームが移動する位置は固定のままである。

或る好ましい実施例では、順方向無線リンク（基地局から移動局へ）でOSTMA方式が提供される。代替実施例では、OSTMA方式はまた、逆方向無線リンク（移動局から基地局へ）にも使用されてもよい。

一例では、図１に示すように、セル100は、３つのセクタ100A、100B及び100Cを有する。セクタ100A内では、基地局102は、高電力ビーム104と低電力ビーム106とを含む複数の空間ビームを形成するアンテナ構成を有する。“高電力ビーム”は、無線通信が高い送信電力で実行されるビームを示し、“低電力ビーム”は、無線通信が高い送信電力より小さい送信電力で実行されるビームを示す。

高電力ビーム104は、アンテナ構成102からセル100のエッジ（端）までのカバレッジエリアを提供することができる点に留意すべきである。他方、低電力ビーム106は、内部エッジ108までのカバレッジを提供することができ、内部エッジは、セル100の外部エッジに関連する半径より小さい半径を有する。図１では、内部エッジ108内のカバレッジエリアは、“内部セル領域”と呼ばれ、内部セル領域とセル100の外部エッジとの間のリング形状のエリアは、“外部セル領域”と呼ばれる。高電力ビーム104は、内部セル領域及び外部セル領域に位置する移動局にカバレッジを提供するが、低電力ビーム106は、（外部セル領域ではなく）内部セル領域内に位置する移動局にカバレッジを提供する。低電力ビームは、高電力レベルより小さい送信電力のそれぞれの場合に、実質的に同様の電力レベルで動作可能でもよく、異なる電力レベルで動作可能でもよい。１つのみの高電力ビーム104が示されているが、複数の高電力ビーム104が代替の好ましい実施例で使用されてもよい点に留意すべきである。

低電力ビーム106の利用は、各セルセクタ100A、100B及び100C内で小さい干渉を許容する。これは、セルセクタ内で形成される複数のビームが固定の電力レベルを有する通常の技術と対照的である。この固定の電力レベルは、ビームがセルセクタのエッジまで常にカバーできるように十分に高い。その結果、全てが同じ比較的高い電力レベルで複数のビームを利用することにより、セルセクタ内で干渉が増加する。これに対して、セルセクタのビームの或るものがセルセクタの他のビームより低い電力である或る好ましい実施例に従ってOSTMA技術を使用することにより、低減した干渉が実現される。

この説明では、セルセクタで空間ビームを提供することに言及が行われるが、同様の技術が全体セルに提供されてもよい点に留意すべきである。

或る好ましい実施例によれば、セルセクタ内の全ての空間ビームが外部セル領域内の移動局にカバレッジを提供できるとは限らないため、高電力ビーム104は、異なるビーム位置に移動し、外部セル領域の異なる位置に位置する異なる移動局にカバレッジを提供してもよい。

セルセクタ又はセル内のビームは、重複しないビーム（図４に示すようなもの）でもよく、重複するビーム（図５にしめすようなもの）でもよい。或る実装では、以下のことが当てはまる場合に、ビームは重複しないと考えられる。3dB（デシベル）のビーム幅がx°である場合、図４に示すように、ビームは約x°ずつ分離される。

以下のことが当てはまる場合に、ビームは重複すると考えられる。3dBのビーム幅がx°である場合、ビームがx°の或る所定の分数（例えば、1/2）未満である。図５は、隣接ビームがx/2°の分離で分離されている例を示している。

図２は、６個の可能なビーム位置が提供される例を示している。図２の例では、高電力ビーム104はビーム位置1で提供されるが、低電力ビーム106はビーム位置2-6で提供される。ビーム位置1-6は、低電力ビーム及び高電力ビーム104、106がスィープ可能な固定のビーム位置である。

図２の６個の例示的なビーム位置の間でのビームのスィープは、図３Ａ−３Ｆに示されている。図３Ａ−３Ｆはまた、２つの移動局（AT1及びAT2）を示している。移動局AT1は外部セル領域に位置するため、高電力ビーム104の到達範囲内に位置するが、低電力ビーム106の到達範囲内に位置しない。他方、移動局AT2は、内部セル領域内に位置するため、低電力ビーム106のカバレッジエリア内にある。時間間隔1（図３Ａ）では、図３Ａ−３Ｆに示す例の高電力ビームは、ビーム位置1に位置する。低電力ビーム106は、ビーム位置2-6に位置する。

時間間隔2（図３Ｂ）では、高電力ビーム104はビーム位置2に移動し、低電力ビーム106はビーム位置1にある。図３Ｂでは、移動局AT1がビーム位置1で低電力ビーム106のカバレッジ領域の外側にある点に留意すべきである。時間間隔3では、高電力ビーム104はビーム位置3に移動し、ビーム位置2で低電力ビームが高電力ビームと交換する。

高電力ビーム104及び低電力ビーム106の移動は、連続する時間間隔4、5及び6（それぞれ図３Ｄ、３Ｅ及び３Ｆ）のそれぞれで継続する。６個の時間間隔を併せてスィープ期間を構成する。スィープ期間内では、高電力ビーム104は、全ての可能なビーム位置をカバーするように移動可能である。より一般的には、各スィープ期間内では、何らかの所与のビームが全ての可能なビーム位置をカバーするように移動可能である。

スィープパターンは、次のビーム期間に繰り返され、時間間隔7に高電力ビーム104がビーム位置1に戻り、時間間隔12まで継続する。

図３Ａ−３Ｆに示すスィープパターンは、各ビームが各時間間隔で１つのビーム位置だけ回転する固定（又は決定的）パターンの例である。異なる実施例では、他の種類の決定的パターン又はランダムなパターンを含む他のパターンが使用されてもよい。

代替実施例では、固定のスィープパターンを使用する代わりに、動的なスィープパターンが利用されてもよい。動的なスィープパターンでは、セルセクタのビーム位置を通じたビームの移動は、１つ以上の以下の基準：セルセクタの地理的領域内の移動局の存在、チャネル状態（例えば、無線リンクの状態）、無線通信に関与するアプリケーションのサービス品質（QoS）要件、チャネルの負荷等に動的に基づいてもよい。

例えば、１つ以上の基準に応じて、図３Ａ−３Ｆに示すような決定的な方法で高電力ビーム104をスィープさせる代わりに、基地局に関連するスケジューラは、高電力ビームが１つより多くの時間間隔に特定のビーム位置に留まることを指定してもよい。また、スケジューラは、高電力ビーム104が各時間間隔で次のビーム位置に連続的に移動するのではなく、高電力ビームが数個の位置だけ離れた他の目的のビーム位置に移動できることを指定してもよい。このように高電力ビームを移動することが望ましい場合は、目的のビーム位置の移動局がサービスを要求していることをスケジューラが検出した場合を含む（例えば、このような移動局は高いQoS要件を有してもよく、低いQoS要件を有する他の移動局よりこのような移動局に優先度がサービス提供を与えるべきであることを示す）。

ビームのスィープパターンは、ビームの空間的変化を提供する。空間的変化を提供することに加えて、或る好ましい実施例はまた、時間に基づく変化を可能にする。時間に基づく変化は、ビーム持続時間（ビームが特定のビーム位置に留まる時間量）により規定される。一般的に、好ましい実施例によるビーム設計は、ビームのスィープパターン及びビーム持続時間により指定される。スィープパターン（固定又は動的）は、時間の進行と共にビーム位置のシーケンスにより指定される。ビーム持続時間も固定でもよく、動的でもよい。

或る実施例では、各ビームは、自分のスィープパターン及びビーム持続時間を有してもよい点に留意すべきである。基地局は、セル又はセルセクタ内の複数のビームの複数のスィープパターン及びビーム持続時間を調整（協調）してもよい。

また、異なるセル又はセルセクタは、固定のビーム位置の異なるセットと、同時にオンになる異なる数のビームとを使用してもよい。スィープパターン及び／又はビーム持続時間はまた、異なるセル又はセルセクタで異なってもよい。セル間／セル内干渉を低減し、ネットワークに基づくMIMO（multiple input multiple output）（これは、受信機の複数のアンテナによる受信のため、複数の情報を同時に送信する複数のアンテナを有する送信機の機能を示す）をサポートするため、複数の基地局の間での協調が望ましい。

或る実施例では、４つの可能な構成（(1)構成1（静的なスィープパターン及び静的なビーム持続時間）、(2)構成2（動的なスィープパターン及び動的なビーム持続時間）、(3)構成3（動的なスィープパターン及び静的なビーム持続時間）、(4)構成4（静的なスィープパターン及び動的なビーム持続時間））が実現可能である。

構成1では、静的（固定）なビーム持続時間で静的（固定）なスィープパターンが使用され、１つの考えられる利点は、小さい制御オーバヘッド及びフィードバックしか必要ないという点にある。例えば、固定のスィープパターン及び固定のビーム持続時間では、スィープ期間内の時間間隔は、ビーム識別子として暗示的に使用されてもよく、移動局は、ビーム識別子に関してフィードバックを提供する必要はない。移動局はまた、予測的アルゴリズム（移動局がその位置にスィープするビームを予想する場合にのみ順方向リンクを受信する等）を実行してもよい。ビームの特定のカバレッジエリア内に移動局が存在しない場合には、不連続送信（DTX：discontinuous transmission）が実行されてもよい。DTXは、送信をオフにするために送信機に適用されるゲートを示す。

スィープパターンを記述するビーム位置のシーケンスは、順次的でもよく、疑似乱数でもよく、ビーム位置に関して符号化されてもよい。セルセクタ毎に５つのビームが存在する例では、順次スィープパターンの一例は、{1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,...}のようになる。これが意味するものは、特定のビームが第１の時間間隔にビーム位置1に進み、第２の時間間隔に位置2に進み、第３の時間間隔に位置3に進み、第４の時間間隔に位置4に進み、第５の時間間隔に位置5に進み、第６の時間間隔に再び位置1に戻り、以下同様になる。

疑似乱数スィープパターンの例は、{2,5,3,1,4,2,5,3,1,4,...}のようになる。疑似乱数スィープパターンと順次スィープパターンとの差は、５つの時間間隔のスィープ期間内に、スィープのシーケンスが位置1から位置2、位置3、位置4、位置5に進まず、特定のビームのスィープがランダム化されることにある点に留意すべきである。前述の例では、ビーム位置は第１の時間間隔に位置2で始まり、第２の時間間隔に位置5に進み、第３の時間間隔に位置3に進み、第４の時間間隔に位置1に進み、第５の時間間隔に位置4に進む。このシーケンスが次のスィープ期間に再び繰り返される。従って、スィープ期間毎に、疑似乱数スィープパターンは同じである。

符号化スィープパターンは、ビームがどのセルセクタに位置するかに依存するスィープパターンを示す。異なるセルセクタ（異なるコードに関連する）は、異なるスィープパターンを使用する。図６は、各セルが３つのセルセクタを有する複数のセル600、602、604及び606を有する例を示している。図６の例では、セルセクタ毎に３つのビームが存在することが想定される。ビーム位置は、反時計方向に順に1から3に番号付けられる。セル606のセルセクタのスィープパターンは、{1,2,3,1,2,3,...}でもよく、セル600及び604のセルセクタのスィープパターンは、{2,3,1,2,3,1,...}でもよく、セル602の各セルセクタのスィープパターンは、{3,1,2,3,1,2,...}でもよい。異なるセルで使用される異なるスィープパターンは、セル間干渉（異なるセルに位置するビームの間の干渉）を低減するように設計される。

構成2では、動的なスィープパターン及び動的な持続時間が使用され、柔軟的なオンデマンドのビームフォーミングが提供され得る。例えば、ビームは、ビームのカバレッジエリア内の移動局の存在、チャネル状態、QoS、及び空間送信方式（ネットワークに基づくMIMO等）のサポートに基づいて形成されてもよい。しかし、柔軟性が向上するが、基地局スケジューラ及びフィードバック機構の複雑性が増加し得る。動的なスィープパターン及び動的なビーム持続時間を可能にするために、前フラッシュ（pre-flash）メッセージ（以下に説明する）が基地局により送信され、移動局が基地局に測定を報告可能にしてもよい。

利用され得る他の構成は、動的なスィープパターンと静的なビーム持続時間とを使用する構成3と、静的なスィープパターンと動的なビーム持続時間とを使用する構成4とを含む。

より一般的には、１つ以上の特性（例えば、スィープパターン及び／又はビーム持続時間）の動的な変化は、１つ以上の以下の基準：特定の地理的領域内の移動局の存在、チャネル状態（例えば、無線リンクの状態）、無線通信に関与するアプリケーションのQoS要件、チャネルの負荷等に基づいてもよい。

（１つ以上の前述の基準に基づいて）変化し得るビームの他の特性は、ビーム持続時間内にビームがオンになっている時間量を指定するビームデューティサイクルである。ビームのデューティサイクルは、所与の時間間隔の間に所与のビーム位置でビームが“オフ”になっている時間量に対するビームが“オン”になっている時間の比を示す。例えば、ビーム位置1の特定のビームのデューティサイクルは70%でもよい。これが意味することは、ビームが70%の時間間隔に“オン”になっており、30%の時間間隔に“オフ”になっている。スケジューリングの必要性に基づいてビームのデューティサイクルを変更する機能は、低い干渉レベルを許容する。この理由は、必要ないビームが一時的にオフになってもよいからである。

或る好ましい実施例によれば、基地局は、１つ以上の特性（例えば、スィープパターン、ビーム持続時間及びビームデューティサイクル）の動的な調整を可能にするため、“前フラッシュ”を実行することができる。例えば、動的なスィープパターンが使用される場合、高電力ビームは、比較的長い期間に特定のビーム位置に位置してもよい。このことは、外部セル領域の他の移動局が比較的長い期間に基地局と通信できないことを生じる可能性がある。このような問題に対処するために、前フラッシュが使用されてもよい。前フラッシュは、基地局が短いパイロットバースト（又は他のメッセージのバースト）を特定の方向に発行する手順を示す。特定の方向に対応するカバレッジエリアの移動局は、前フラッシュメッセージの測定を行い、測定に関する報告を基地局に提供してもよい。一例では、移動局は、チャネル品質指標（CQI：channel quality indication）の形式のような無線チャネル品質の指標を報告してもよい。基地局は、特定のセルセクタの全ての方向で前フラッシュを実行してもよい。移動局からの測定報告を使用して、基地局は、前述のようにビーム持続時間とデューティサイクルとビームスケジューリングとを動的に調整することにより、スケジューリングを実行することができる。

基地局により発行される前フラッシュ及び実際のトラヒック送信は、異なる周期で時間多重されてもよい（このことは、前フラッシュが送信される期間が、トラヒックが送信される期間に対して調整されてもよいことを意味する）。例えば、前フラッシュは、特定の移動局へのデータの長いダウンロードの中間で発行されてもよく、前フラッシュは、特定の移動局へのデータのダウンロードと時間多重されて行われてもよい。

図７に示す或る実施例によれば、アンテナ構成700（図１の基地局102のような基地局の一部である）は、アンテナ支持体706に取り付けられた上部アンテナ組み立て体702と、アンテナ支持体に取り付けられた下部アンテナ組み立て体704とを含む複数のアンテナ組み立て体を備えてもよい。図７に示す実装では、各アンテナ組み立て体702及び704は、アンテナパネルである。アンテナ組み立て体704は、上部アンテナ組み立て体702の下（垂直方向）に位置する。

アンテナ組み立て体702は、複数のアンテナ素子708を含む。下部アンテナ組み立て体704は、複数のアンテナ素子710を含む。アンテナ素子708及び710は、アンテナ構成700によりサービス提供されるセルセクタ内でビームを形成するように協調（調整）してもよい。

アンテナ構成700の側面図が図８に示されている。下部アンテナパネル704が支持体706の垂直軸に関して角度があり、これにより、（アンテナ素子710が取り付けられた）正面712がわずかに（角度で）下を向いている点に留意すべきである。図８の例では、上部アンテナパネル702は、概して支持体706の垂直軸と平行である。他の実装では、上部及び下部アンテナパネル702及び704の他の構成が提供されてもよい。更に他の実装では、２つより多くのアンテナパネルが使用されてもよい。

１つの例示的な実装では、上部アンテナパネル702のアンテナ素子708は、外部セル領域をカバーすると共に、隣接セルの隣接基地局と通信するためのビームを形成するために使用されてもよい。下部アンテナパネル704は、所与のセルセクタで低電力ビームを形成すると共に、場合によっては特定のセルセクタのエッジまでカバーする高電力ビームを形成するために使用されてもよい。

異なるセルの基地局の間でビームで通信される情報は、バックホール情報と協調情報（調整情報）とを含む。協調情報は、異なるセルの間で移動局のハンドオーバを調整するために使用されてもよい。協調情報はまた、異なるセルでスィープパターン及びスィープ持続時間の協調を可能にし、セル間／セクタ間干渉を低減し、ネットワークに基づくMIMOをサポートしてもよい。

“バックホール”情報は、典型的には基地局と無線ネットワークコントローラ（例えば、パケットデータサービングノード、サービングゲートウェイ等）との間のバックホール接続で通信される制御及びデータを示す。無線通信ネットワークに関連する問題は、特に都会エリアのような人口密集地域では、セルのサイズが比較的小さくなる可能性があることである。小さいセルサイズの他の理由は、高データレート又は高キャリア周波数の要件である可能性がある。小さいセルサイズでは、多数のセル（従って、対応する基地局）が存在する。典型的には、各基地局は、バックホールネットワークにより無線ネットワークコントローラに接続される必要がある。多数の基地局は、対応する多数のバックホール接続が提供されなければならないことを意味する。バックホール接続は、配備するのが高価であり、無線通信ネットワークで比較的多数のこのようなバックホール接続を提供することは、無線ネットワークオペレータのコストを増加させる可能性がある。

或る好ましい実施例によれば、配備される必要のあるバックホール接続の数を低減するために、基地局のアンテナ構成は、バックホール情報を伝達するために使用されるビーム（“バックホールビーム”と呼ばれる）を形成してもよい。例えば、図７−８では、上部アンテナパネル702のビームは、バックホール接続により無線ネットワークコントローラに接続され得る他の基地局にバックホール情報を通信するために利用されてもよい。一般的に、無線ネットワークの基地局の一部は、無線ネットワークコントローラへのバックホール接続を備えて配備されてもよい。残りの基地局は、バックホール接続を備えて配備されない。むしろ、このような基地局は、バックホール接続を備えて配備された対応する基地局にビームでバックホール情報を通信する。

図９は、２つの異なる対応するセルに位置する２つのアンテナ構成700A及び700Bを示している。図９の構成では、上部及び下部アンテナパネル702A、704A（及び702B及び704B）の間でカバレッジ範囲の重複は存在しない。バックホールビームは、それぞれ２つのアンテナ構成700A及び700Bの上部アンテナパネル702A及び702Bの間で形成されてもよい。各下部アンテナパネル704A及び704Bは、各セル内のカバレッジのビームを形成するために使用される。

図１０は、上部パネルビーム及び下部パネルビームによるカバレッジの重複が存在する構成を示している。このように、２つのパネルは、外部セル領域でMIMOを提供してもよく、この場合、複数の出力アンテナは、上部及び下部パネルからのアンテナの何らかの組み合わせを含む。従って、上部パネル及び下部パネルの複数の出力アンテナは、ダイバーシチ利得の増加、多重利得及び／又はアレイ利得を提供することができる。

様々な他の構成も可能である。例えば、異なる時間に、上部及び下部アンテナパネルは、異なるカバレッジを提供するために使用されてもよい。例えば、或る期間には、下部パネルは、全体セルをカバーするために使用されてもよい。他の期間には、上部パネルは、外部セル領域のみをカバーすると共に、バックホールビームを提供するために使用されてもよい。更に他の期間には、下部パネルと上部パネルとの双方は、外部セル領域をカバーするために使用されてもよい。

更に他の構成では、第１の期間に、下部パネルは、内部セル領域をカバーするために使用されてもよく、上部アンテナパネルは、バックホールビームを提供するために使用されてもよい。異なる期間に、下部及び上部アンテナパネルは、外部セル領域をカバーするために使用される。

所望の構成に応じて、上部及び下部アンテナパネルは、すぐ近くに配置されてもよく、離れて配置されてもよい。また、２つのアンテナパネルは、異なるアンテナ極性を有するアンテナ素子を使用してもよい。２つのアンテナパネルは、独立して動作してもよく、協調して動作してもよい。２つのアンテナパネルは、時分割多重方式で送信してもよく、同時に送信してもよい。代替として、２つのアンテナパネルは、周波数領域多重（FDM：frequency domain multiplexing）方式で送信されてもよく、同じ周波数で送信されてもよい。

更に、上部及び下部アンテナパネルの間で協調が存在する場合、移動局のハンドオフは、下部パネルビームから上部パネルビームに可能であり、その逆も可能である。

また、上部及び下部アンテナパネルを用いて、上部及び下部パネルのアンテナ素子により形成されたセルカバレッジの全てのビームの電力レベルは、同じ電力レベルでもよい。このような構成では、外部セル領域（リング型のカバレッジ）に対する内部セル領域のカバレッジは、上部及び下部パネルを異なるように方向付けることにより実現されてもよい（例えば、下部パネルが内部セル領域をカバーするために下に向けられ、上部パネルが外部セル領域をカバーするために角度を付けられない）。

図１１は、セルセクタ内の特定のビーム位置での複数の時間間隔800A、800B、800C及び800Dを示している。低電力ビームは、時間間隔800A、800B及び800Dで送信され、高電力ビームは、時間間隔800Cで送信される。図１１に示すように、時間間隔800Bでの低電力ビームのような低電力ビームは、802により示すように、ユーザデータと制御信号とを送信するために使用されてもよい。他方、時間間隔800Cでの高電力ビームは、ユーザデータと制御信号と他の制御情報（ブロードキャストオーバヘッドチャネル及び前フラッシュメッセージ等）とを送信するために使用されてもよい。ブロードキャストオーバヘッドチャネルは、時間及び周波数同期情報を含むシステム取得チャネルと、セル、セクタ又はビーム識別情報と、ビームスィープパターンのようなシステムパラメータを伝達し得るシステムブロードキャストオーバヘッドチャネル等を含んでもよい。

代替の実装では、時間間隔800A、800B、800C及び800Dで送信される低電力ビーム及び高電力ビームに加えて、他の時間間隔800E（図１２）が無指向性オーバヘッドチャネルを送信するために割り当てられてもよい。無指向性送信は、オーバヘッドチャネルが特定のセルセクタ（又はセル）の全ての方向にブロードキャストされることを意味する。無指向性送信が使用される場合、移動局での良好な信号受信を向上させるため（及び異なるセル間の干渉を低減するため）、異なる基地局による無指向性オーバヘッドチャネルの送信の間で時間、空間又は周波数の協調が存在してもよい。

或る実装では、OSTMAは、順方向リンクに適用されてもよいが、逆方向リンクに適用されなくてもよい。このような実装では、セルサイズが順方向リンクの到達範囲に基づいて設計される場合、順方向リンクは、移動局が逆方向リンクで有するものより遠い到達範囲を有する可能性がある（高電力ビームの存在のため）。この問題に対処するため、中継機能（“アドホック中継”と呼ばれる）がセルセクタ内の移動局に提供されてもよい。１つの移動局は他の移動局から受信し、他の移動局の情報を基地局に中継することができる。例えば、第１の移動局は、特定のセルセクタのエッジの近くに位置してもよく、第２の移動局は、基地局の近くに位置してもよい。このような場合、第１の移動局により逆方向リンクで送信された情報は、第２の移動局により基地局に中継されてもよい。中継なしでは、第１の移動局からの送信は、基地局に確実に到達できない可能性がある。

前述のようにアドホック中継のために第１の移動局から第２の移動局に逆方向リンク情報を送信するため、時分割双方向（TDD：time division duplexing）システムでは、未使用の順方向リンクのタイムスロットが、逆方向リンクの方向に第１の移動局から第２の移動局に逆方向情報を中継するために再利用されてもよい。

また、セルサイズが順方向リンクの到達範囲に基づいて設計されるときの制御チャネルのロバストな通信のため、移動局はトラヒックデータを１つのみの基地局に送信してもよいが、アドホック中継を使用して、制御チャネルを複数の基地局に送信し、制御チャネルが目的のサービング基地局に到達することを確保してもよい。

順方向リンクの到達範囲に基づいてセルサイズを設計することに関連する他の問題は、前述のアドホック中継のため、逆方向リンク制御メッセージACKが基地局まで戻るのに遅くなる可能性があることである。これに対処するため、基地局は、応答の肯定応答を待機せずに、単にトラヒックデータのバーストを送信してもよい。

代替として、セルサイズが逆方向リンクの到達範囲に基づいて設計されてもよい。この場合、セルサイズは小さくなる。このような実装では、基地局は、順方向リンクで複数のセルに到達できる。その結果、順方向リンクのサービングセルセクタが逆方向リンクのサービングセルセクタと異なる可能性がある。例えば、セルAの基地局Aは、順方向リンクのサービング基地局であるが、セルBの基地局が逆方向リンクのサービング基地局である。基地局AはセルA及びセルBの双方に到達できるが、セルBの移動局は、基地局Bのみに到達することができる。このような場合、特定の逆方向制御メッセージ（CQIメッセージ又は逆方向肯定応答（R-ACK）メッセージ等）は、移動局から基地局Bへの逆方向リンクで送信されてもよい。次に、基地局Bは、（順方向リンクのサービング基地局である）基地局Aに制御メッセージを中継する。

特定の種類の制御情報は、全ての方向で全ての移動局に配信される必要があってもよい点に留意すべきである。しかし、高電力ビームは何らかの所与の時間間隔で１つのみのビーム位置をカバーするため、高電力ビームは、全ての移動局にこのような制御情報を送信するために使用できない。これに対処するため、このような制御情報は、（セルエッジの近くに位置する移動局によるこのような制御情報の高い確率のデコードを可能にする）低符号レートを用いて低電力ビームで基地局により送信されてもよい。全ての方向で全ての移動局に配信される必要のある制御情報の例は、（移動局への肯定応答を提供する）順方向ライン肯定応答チャネルと、（移動局への電力制御メッセージを提供する）順方向リンク電力制御チャネルとを含む。

動的なスィープパターン及び／又は動的なビーム持続時間内が使用される場合、これはビーム識別子が移動局に提供される必要があることを意味してもよく、基地局はまた、セルエッジの近くに位置する移動局にビーム識別子を配信するために、低符号レートで低電力ビームを使用してもよい。ビーム識別子により、移動局は、次にどのビームがオンになるかを認識することができる。

或る実施例では、OSTMAサブシステムは、非OSTMAシステムと統合されてもよい点に留意すべきである。非OSTMAシステムは、前述のOSTMA技術を利用しない。

この場合、OSTMAデータ及び非OSTMAデータのインターリーブは、無線リンクで実行されてもよい。例えば図１３に示すように、OSTMAスーパーフレーム900は、OSTMA動作に関連する間隔に送信されるが、非OSTMAスーパーフレーム902は、OSTMA動作の期間外に送信される。“スーパーフレーム”は、他のフレームを含むフレーム構成を示す。より一般的には、無線リンクで送信されるデータの集合である“フレーム”に言及が行われる。

図１４に示す代替実施例では、スーパーフレーム910は、OSTMAデータでインターレースされた非OSTMAデータを含んでもよい。スーパーフレーム910の開始は、非OSTMAデータ及びOSTMAデータの位置を示す全ブロードキャストプリアンブル912を含んでもよい。

代替の実装では、他のフレーム構成が使用されてもよい。

基地局1000及び移動局1002の例示的な構成要素が図１５に示されている。基地局1000は、移動局1002の無線インタフェース1006と無線リンクで無線通信する無線インタフェース1004を含む。基地局1000は、基地局のタスクを実行するように基地局1000の１つ以上の中央処理装置（CPU）1010で実行可能なソフトウェア1008を含む。CPU1010は、メモリ1012に接続される。ソフトウェア1008は、スケジューラと他のソフトウェアモジュールとを含んでもよい。基地局1000はまた、他の基地局と情報（バックホール情報及び／又は協調情報等）を通信するための基地局間インタフェース1014を含む。

同様に、移動局1002は、メモリ1020に接続された１つ以上のCPU1018で実行可能なソフトウェア1016を含む。ソフトウェア1016は、移動局1002のタスクを実行するように実行可能である。

このようなソフトウェア（1008及び1016）の命令は、CPU又は他の種類のプロセッサでの実行用にロードされてもよい。プロセッサは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、モジュール若しくはサブシステム（１つ以上のマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを含む）、又は他の制御若しくは計算装置を含む。“プロセッサ”は、単一の構成要素を示してもよく、複数の構成要素を示してもよい。

データ及び（ソフトウェアの）命令は、各記憶装置に格納される。記憶装置は、１つ以上のコンピュータ可読又はコンピュータ使用可能記憶媒体として実装される。記憶媒体は、半導体メモリ装置（ダイナミック又はスタティックランダムアクセスメモリ（DRAM又はSRAM）、消去可能及びプログラム可能読取り専用メモリ（EPROM）、電気的消去可能及びプログラム可能読取り専用メモリ（EEPROM）、及びフラッシュメモリ等）、磁気ディスク（固定のフロッピー（登録商標）ディスク及び取り外し可能ディスク等）、テープを含む他の磁気媒体、光学媒体（コンパクトディスク（CD）又はデジタルビデオディスク（DVD）等）を含む異なる形式のメモリを含む。

前述の説明では、本発明の理解を提供するために複数の詳細が示されている。しかし、本発明は、これらの詳細なしに実施され得ることが、当業者によりわかる。限られた数の実施例に関して本発明を開示したが、当業者は、複数の変更及び変形を認識する。特許請求の範囲は、本発明の真の要旨及び範囲内に入るこのような変更及び変形をカバーすることを意図する。

Claims (20)

1. 無線ネットワークでの無線通信方法であって、
   セルセグメント内で少なくとも２つの空間ビームを形成し、前記少なくとも２つの空間ビームは、異なる電力レベルに関連し、
   スィープパターンに従って前記セルセグメントを通じて前記少なくとも２つの空間ビームをスィープすることを有する方法。
2. 前記少なくとも２つの空間ビームをスィープすることは、前記セルセグメントで通信をスケジューリングするスケジューラにより制御される、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも２つの空間ビームのうち第１のものは、前記セルセグメントで第１のカバレッジエリアのカバレッジを提供し、
   前記少なくとも２つの空間ビームのうち第２のものは、前記セルセグメントで第２のカバレッジエリアのカバレッジを提供し、
   前記第２のカバレッジエリアは、前記第１のカバレッジエリアより大きい、請求項１に記載の方法。
4. 基地局の間で情報を通信するために他の空間ビームを形成することを更に有する、請求項１に記載の方法。
5. 基地局の間で前記情報を通信することは、前記基地局の間でバックホール情報を通信することを有する、請求項４に記載の方法。
6. 基地局の間で前記情報を通信することは、移動局のハンドオーバ又はMIMO（multiple input multiple output）サービスの協調を可能にする情報を前記基地局の間で通信することを有する、請求項４に記載の方法。
7. 前記他の空間ビームを形成することは、第１のアンテナ組み立て体を使用して前記他の空間ビームを形成することを有し、
   前記少なくとも２つの空間ビームを形成することは、前記第１のアンテナ組み立て体より下に位置する第２のアンテナ組み立て体を使用して前記少なくとも２つの空間ビームを形成することを有する、請求項４に記載の方法。
8. 前記他の空間ビームを形成することは、第１のアンテナ組み立て体を使用して前記他の空間ビームを形成することを有し、
   前記少なくとも２つの空間ビームのうち１つは、前記第１のアンテナ組み立て体を使用して形成され、
   前記少なくとも２つの空間ビームのうち他のものは、前記第１のアンテナ組み立て体より下に位置する第２のアンテナ組み立て体を使用して形成される、請求項４に記載の方法。
9. 前記スィープパターンは、前記少なくとも２つの空間ビームが異なる時間間隔でスィープされる複数のビーム位置を有する固定のスィープパターンである、請求項１に記載の方法。
10. 前記スィープパターンは、複数のビーム位置を通じた前記少なくとも２つの空間ビームの移動が１つ以上の基準に従う動的なスィープパターンである、請求項１に記載の方法。
11. 前記スィープパターンの異なるビーム位置でビーム方向を動的に調整することを更に有する、請求項１に記載の方法。
12. 対応するノードと無線情報を通信する無線インタフェースと、
    複数のビームで前記無線情報を送信するプロセッサと
    を有し、
    前記複数のビームのうち少なくとも１つは、前記複数のビームのうち他のものより高い電力レベルを有し、
    前記複数のビームは、スィープパターンに従って時間と共にセルセグメントでビーム位置を通じて移動可能である無線ノード。
13. 基地局と移動局とのうち１つを有する、請求項１２に記載の無線ノード。
14. 前記スィープパターンは、前記複数のビームが前記スィープパターンに従ってスィープされる固定のビーム位置を規定する、請求項１２に記載の無線ノード。
15. 前記スィープパターンは、前記セルセグメントの地理的領域内の移動局の存在、無線チャネル状況、サービス品質（QoS）要件、及びチャネルの負荷のうち１つ以上に従って、前記複数のビームの位置を調整する動的なスィープパターンである、請求項１２に記載の無線ノード。
16. 前記複数のビームのうち１つで他の基地局へのバックホール情報の通信を可能にする基地局間インタフェースを含む基地局を有する、請求項１２に記載の無線ノード。
17. 前記プロセッサは、移動局に前フラッシュメッセージを送信し、前記移動局が測定を行い、前記測定に基づく報告を前記無線ノードに提供することを可能にし、前記報告に応じて前記スィープパターンを動的に調整するように更に構成される、請求項１２に記載の無線ノード。
18. 命令を含む少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体を有する物品であって、
    前記命令は、実行されたときに基地局のプロセッサに対して、
    セルセグメント内で複数の空間ビームで情報を送信させ、前記セルセグメント内で移動局にサービスを提供させ、前記空間ビームは、スィープパターンに従って前記セルセグメントでスィープされ、前記空間ビームのうち少なくとも１つは、前記空間ビームのうち他のものより高い電力レベルを有し、
    前記基地局と他の基地局との間で他の空間ビームでバックホール情報を送信させる物品。
19. 前記命令は、実行されたときに前記プロセッサに対して、
    更に、前記空間ビームのうち１つでオーバヘッド制御チャネルを通信させる、請求項１８に記載の物品。
20. 前記命令は、実行されたときに前記プロセッサに対して、
    更に、第２の基地局と協調させ、前記第２の基地局により使用されるスィープパターンと異なるスィープパターンを利用させる、請求項１８に記載の物品。

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