JP2014509100A - 複数のビーム・アーキテクチャをサポートするためのアンテナ・アレイ - Google Patents

Abstract

本発明は、複数のビーム・アーキテクチャをサポートするためのアンテナ・アレイ（２３０）に関する。例えば、トランシーバ（２００）は、アンテナ・アレイ（２３０）を含むことができる。アンテナ・アレイ（２３０）は、複数のアンテナ要素を含んでおり、ここで、複数のアンテナ要素は、セル・サイト（１３０）において、少なくとも２つのビーム・アーキテクチャをサポートするように構成されている。各ビーム・アーキテクチャは、異なる構成のセクタと、ビーム形成信号とに関連づけられる。１つの実施形態によれば、各ビーム・アーキテクチャは、異なるワイヤレス規格に関連づけられる。別の実施形態によれば、各ビーム・アーキテクチャは、１つのワイヤレス規格の内部の異なるキャリアに関連づけられる。アンテナ要素は、円形アレイとして配列されることもある。

Description

いくつかのワイヤレス技術が、同じセル・サイトの上で実装されるものと期待される。例えば、第２世代（２Ｇ）ワイヤレス技術と、第３世代（３Ｇ）ワイヤレス技術と、第４世代（４Ｇ）ワイヤレス技術とは、２Ｇから３Ｇへと、またその後に４Ｇへと将来漸進的に移行して、同時に動作することになっている。これらの様相は、集中型の無線アクセス・ネットワークの一部分として特に重要である。同じセル・タワーと、無線周波数ケーブルの敷設と、アンテナ・アレイとの再利用は、非常に望ましく、コスト効率のよい複合技術（ｍｕｌｔｉ−ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）による解決法を提供している。

重要な課題のうちの１つは、異なる技術が、異なるビーム・アーキテクチャを必要とすることである。例えば、ダウンリンクにおける各セル（すなわち、セクタ）では、移動通信用グローバル・システム（ＧＳＭ：Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）は、単一のアンテナによる伝送をサポートし、高速パケット・アクセス（ＨＳＰＡ：Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）は、２つのアンテナによる伝送をサポートし、またロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ：Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）は、最大４つのアンテナによる伝送までをサポートする。サービス・プロバイダが、サイト当たりに３つのセルと、セル当たりに４つのアンテナとを用いてＬＴＥを展開することを決定する場合、サービス・プロバイダは、既存のアンテナ構成の上で追加のアンテナ要素を手作業で実装しなければならないこともある。

本発明は、複数のビーム・アーキテクチャをサポートするためのアンテナ・アレイに関する。

例えば、トランシーバは、アンテナ・アレイを含むことができる。アンテナ・アレイは、複数のアンテナ要素を含んでおり、ここで、複数のアンテナ要素は、セル・サイトにおいて少なくとも２つのビーム・アーキテクチャをサポートするように構成されている。各ビーム・アーキテクチャは、異なる構成のセクタと、ビーム形成信号とに関連づけられる。一実施形態によれば、各ビーム・アーキテクチャは、異なるワイヤレス規格に関連づけられる。別の実施形態によれば、各ビーム・アーキテクチャは、１つのワイヤレス規格の内部の異なるキャリアに関連づけられる。アンテナ要素は、円形アレイとして配列されることもある。

トランシーバは、複数のビームフォーマ・ユニットをさらに含むことができ、ここで、各ビームフォーマ・ユニットは、異なるビーム・アーキテクチャに関連づけられ、また各ビームフォーマ・ユニットは、いくつかのビーム形成信号を生成するように構成されている。各ビーム形成信号は、複数のアンテナ要素のうちのアンテナ要素のサブセットに対応する複数の無線周波数（ＲＦ：ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を含むことができる。各ビームフォーマ・ユニットからの各ビーム形成信号は、セル・サイトの中の異なるセクタに関連づけられることもあり、またビーム形成信号の数は、それぞれのビーム・アーキテクチャについてのセクタの数に対応することもある。１つのビームフォーマ・ユニットから生成される少なくとも２つのビーム形成信号は、サブセットの中の同じアンテナ要素のうちの少なくとも２つを使用することができる。

また、トランシーバは、複数のベースバンド・ユニットをさらに含むこともでき、ここで、各ベースバンド・ユニットは、異なるビーム・アーキテクチャに関連づけられ、またベースバンド信号を生成するように構成されている。各ベースバンド信号は、異なるセクタに対応することができる。各ビームフォーマ・ユニットは、ビーム形成係数と、それぞれのベースバンド・ユニットから受信されるベースバンド信号とに基づいて特定のセクタについてのビーム形成信号を生成するように構成されていることもあり、また各ビーム形成係数は、サブセットの中の異なるアンテナ要素に対応することもある。各ビームフォーマ・ユニットは、各ビーム形成係数とベースバンド信号を乗算して、１つのビーム形成信号に含まれるＲＦ信号を生成することができる。

トランシーバは、複数のＲＦ変調ユニットをさらに含むことができ、ここで、各ＲＦ変調ユニットは、それぞれのビームフォーマ・ユニットからのＲＦ信号を異なる周波数帯域へと変調するように構成されている。トランシーバは、各ＲＦ変調ユニットからの変調ＲＦ信号を加算するように構成された加算ユニットをさらに含むことができ、ここで、加算された被変調ＲＦ信号は、少なくとも２つのビーム・アーキテクチャのおのおのについてのビーム形成信号を生成するように、アンテナ要素の上で送信される。

別の実施形態によれば、トランシーバは、複数のアンテナ要素を含むアンテナ・アレイを含むことができる。複数のアンテナ要素は、同じアンテナ要素を使用して、第１のビーム・アーキテクチャと、第２のビーム・アーキテクチャとをサポートするように構成されており、ここで、第１のビーム・アーキテクチャは、セクタの構成と、第２のビーム・アーキテクチャとは異なるビーム形成信号とに関連づけられる。トランシーバは、第１のビーム・アーキテクチャに関連づけられ、またアンテナ要素の上で複数の第１のビーム形成信号を生成するように構成された第１のビームフォーマ・ユニットをさらに含んでおり、ここで、おのおのの第１のビーム形成信号は、アンテナ要素のうちのアンテナ要素の第１のサブセットに対応する複数の第１の無線周波数（ＲＦ）信号を含んでいる。トランシーバは、第２のビーム・アーキテクチャに関連づけられ、またアンテナ要素の上で複数の第２のビーム形成信号を生成するように構成された第２のビームフォーマ・ユニットをさらに含んでおり、ここで、おのおのの第２のビーム形成信号は、アンテナ要素のうちのアンテナ要素の第２のサブセットに対応する複数の第２のＲＦ信号を含んでいる。

一実施形態においては、第１のビーム・アーキテクチャは、第１のワイヤレス規格に関連づけられ、また第２のビーム・アーキテクチャは、第２のワイヤレス規格に関連づけられ、ここで、第１のワイヤレス規格は、第２のワイヤレス規格とは異なっている。他の実施形態においては、第１のビーム・アーキテクチャと、第２のビーム・アーキテクチャとは、同じワイヤレス規格に関連づけられ、また第１のビーム・アーキテクチャは、第２のビーム・アーキテクチャとは異なるキャリアに関連づけられる。

一実施形態においては、第１のビーム形成信号の数は、第１のビーム・アーキテクチャにおけるセクタの数に対応しており、また第２のビーム形成信号の数は、第２のビーム・アーキテクチャにおけるセクタの数に対応している。また、少なくとも２つの第１のビーム形成信号は、第１のサブセットの中の同じアンテナ要素のうちの少なくとも２つを使用しており、また少なくとも２つの第２のビーム形成信号は、第２のサブセットの中の同じアンテナ要素のうちの少なくとも２つを使用している。

トランシーバは、第１のビーム・アーキテクチャに関連づけられ、またおのおのの第１のベースバンド信号が第１のビーム・アーキテクチャにおける異なるセクタに関連づけられる場合に第１のベースバンド信号を生成するように構成された第１のベースバンド・ユニットと、第２のビーム・アーキテクチャに関連づけられ、またおのおのの第２のベースバンド信号が第２のビーム・アーキテクチャにおける異なるセクタに関連づけられる場合に第２のベースバンド信号を生成するように構成された第２のベースバンド・ユニットとをさらに含むことができる。第１のビームフォーマ・ユニットは、第１のビーム形成係数と第１のベースバンド信号とに基づいて第１のビーム形成信号を生成するように構成されていることもあり、またおのおのの第１のビーム形成係数は、第１のサブセットの中の異なるアンテナ要素に対応することもある。また、第２のビームフォーマ・ユニットは、第２のビーム形成係数と第２のベースバンド信号とに基づいて第２のビーム形成信号を生成するように構成されていることもあり、またおのおのの第２のビーム形成係数は、第２のサブセットの中の異なるアンテナ要素に対応することもある。一実施形態においては、第２のサブセットの中のアンテナ要素の数は、第１のサブセットの中のアンテナ要素の数よりも大きい。

トランシーバは、第１のビーム・アーキテクチャに関連づけられ、また第１のＲＦ信号を第１の周波数帯域へと変調するように構成された第１のＲＦ変調ユニットと、第２のビーム・アーキテクチャに関連づけられ、また第２のＲＦ信号を第２の周波数帯域へと変調するように構成された第２のＲＦ変調ユニットとをさらに含むことができる。第１の周波数帯域は、第２の周波数帯域とは異なる可能性がある。

トランシーバは、第１の被変調ＲＦ信号を第２の被変調ＲＦ信号と加算するように構成された加算ユニットをさらに含むことができ、ここで、加算された被変調ＲＦ信号は、第１のビーム・アーキテクチャと、第２のビーム・アーキテクチャとのおのおのについて第１のビーム形成信号と、第２のビーム形成信号とを生成するように、同じアンテナ要素の上で送信される。

実施形態の例は、以下で本明細書において与えられる詳細な説明と、添付の図面とから、より完全に理解されるようになり、添付の図面においては、同様な要素は、同様な参照番号によって表され、これらの詳細な説明と添付の図面とは、例証としてのみ与えられており、またそれゆえに本発明を限定するものではない。

本発明の一実施形態による、複数のビーム・アーキテクチャをサポートするためのアンテナ・アレイを実装するためのシステムを示す図である。 本発明の一実施形態による、ダウンリンク通信チャネルの上でデータを送信するためのアンテナ・アレイを有するトランシーバを示す図である。 本発明の一実施形態によるビームフォーマ・ユニットの論理ブロックを示す図である。 本発明の一実施形態による、ビーム形成信号を示すアンテナ要素の物理的概要を示す図である。 本発明の一実施形態によるアンテナ要素マッピング・チャートを示す図である。 本発明の一実施形態による、アップリンク通信チャネルの上でデータを受信するためのアンテナ・アレイを有するトランシーバを示す図である。

本発明の様々な実施形態の例は、次に、本発明のいくつかの実施形態の例が示されている添付の図面を参照して、より十分に説明されることになる。同様な番号は、図面の説明全体を通して、同様な要素を意味している。

第１の、第２のなどという用語を本明細書において使用して、様々な要素を説明することができるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語を使用して、１つの要素を別の要素から区別するだけである。例えば、第１の要素は、第２の要素と名付けられる可能性もあり、また、同様に、第２の要素は、実施例の例の範囲を逸脱することなく、第１の要素と名付けられる可能性もある。本明細書において使用されるように、用語「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、１つまたは複数の関連するリストアップされた項目のうちの任意のもの、およびすべての組合せを含む。

本明細書において使用されるとき、専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のためだけであり、実施形態の例を限定することを意図してはいない。本明細書において使用されるとき、単数形の形式「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が、明らかにそうでない場合を示していない限り、同様に複数形の形式も含むことが意図される。用語「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている／含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書において使用されるときに、述べられた特徴、整数、ステップ、オペレーション、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、オペレーション、要素、コンポーネント、および／またはそれらのグループの存在または追加を除外するものではないことが、さらに理解されるであろう。

いくつかの代替的な実装形態においては、指摘される機能／動作は、図面の中で指摘される順序と異なる順序で起こり得ることにも注意すべきである。例えば、連続して示される２つの図面は、実際には、関与する機能／動作に応じて、同時に実行されることもあり、または時として逆の順序で実行されることもある。

別の方法で規定されない限り、本明細書において使用される（技術的用語および科学的用語を含めて）すべての用語は、実施形態の例が属する当技術分野における当業者の１人によって普通に理解されるものと同じ意味を有する。用語は、例えば、普通に使用される辞書において規定される用語は、関連のある技術の文脈におけるそれらの意味と整合している意味を有するものと解釈されるべきであり、また本明細書において明示的にそのように規定されない限り、理想化された、またはあまりにも形式的な意味では解釈されないようになることが、さらに理解されるであろう。

以下の説明においては、例示の実施形態は、特定のタスクを実行し、または特定の抽象データ型を実装し、また既存のネットワーク要素において既存のハードウェアを使用して実装され得るルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含むプログラム・モジュールまたは機能プロセスとして実装され得る動作、およびオペレーションのシンボリック表現（例えば、フロー・チャートの形式の）を参照して説明されるであろう。そのような既存のハードウェアは、１つまたは複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔｓ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、特定用途向け集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、コンピュータなどを含むことができる。

しかしながら、これらの用語および類似した用語のすべては、適切な物理量に関連づけられるべきであり、また単にこれらの量に適用される便利なラベルであるにすぎないことを心に留めるべきである。その他の方法で具体的に述べられていない限り、または考察から明らかであるように、「生成すること」または「加算すること」などの用語は、コンピュータ・システムのメモリまたはレジスタ、あるいは他のそのような情報ストレージ・デバイス、伝送デバイス、またはディスプレイ・デバイスの内部の物理量として同様に表される他のデータへとコンピュータ・システムのレジスタおよびメモリの内部の物理量、電子量として表されるデータを操作し、また変換するコンピュータ・システム、または類似した電子コンピューティング・デバイスのアクションおよびプロセスを指す。

用語「基地局（ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）」は、ベース・トランシーバ基地局（ＢＴＳ：ｂａｓｅ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ）、ノードＢ（ＮｏｄｅＢ）、拡張型ノードＢ、進化型ノードＢ（ｅｖｏｌｖｅｄ ＮｏｄｅＢ）、フェムト・セル、ピコ・セル、アクセス・ポイントなどの同義語と考えられ、かつ／またはそのように呼ばれることもあり、またネットワークと、１つまたは複数のユーザ装置（ｕｓｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ）との間のデータ接続性および／または音声接続性のための無線ベースバンド機能を提供する装置を説明することもある。用語「ユーザ装置」は、モバイル、モバイル・ユニット、移動局、モバイル・ユーザ、加入者、ユーザ、リモート局、アクセス端末、レシーバなどの同義語と考えられ、また以下で折に触れてそのように呼ばれることもあり、またワイヤレス通信ネットワークにおけるワイヤレス・リソースのリモート・ユーザを説明することもある。

本発明の実施形態は、複数のビーム・アーキテクチャをサポートするアンテナ・アレイを提供するものである。ビーム・アーキテクチャは、セル・サイトにおけるセクタの数と、セクタ当たりのビーム形成信号の数とに関連している。異なるビーム・アーキテクチャは、異なる構成のセクタと、ビーム形成信号とを有する。例えば、１つのタイプのビーム・アーキテクチャは、セル・サイト当たりに１２個のセクタと、セクタ当たりに１つのビーム形成信号とを有することができ、また別のタイプのビーム・アーキテクチャは、セル・サイト当たりの１つのセクタと、セクタの中の複数のビーム形成信号とを有することができる。結果として、本発明のアンテナ・アレイは、例えば、とりわけ、移動通信用グローバル・システム（ＧＳＭ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）／高速パケット・アクセス（ＨＳＰＡ）、ロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ）、および／またはＣＤＭＡ／ＬＴＥなど、複数のワイヤレス技術（例えば、規格）をサポートすることができる。さらに、アンテナ・アレイは、１つのタイプのワイヤレス規格において複数のキャリアをサポートすることができ、ここで、各キャリアは、異なるビーム・アーキテクチャを実装する。言い換えれば、同じアンテナ・アレイ（例えば、同じアンテナ・ハードウェア）は、異なるビーム・アーキテクチャとともに使用され、ここで、各ビーム・アーキテクチャは、異なるワイヤレス規格またはキャリアに関連づけられることもある。

図１は、本発明の一実施形態による、ワイヤレス通信システムにおいて複数のビーム・アーキテクチャをサポートするためのアンテナ・アレイを実装するためのシステムを示すものである。

図１に示されるワイヤレス通信システム１００は、例えば、ＧＳＭ、ＨＳＰＡ、ＬＴＥおよび／または複数のキャリアなどの複数の技術をサポートすることができる。図１において示されるように、ワイヤレス通信システム１００は、ユーザ装置（ＵＥ）１０５と、基地局１１０と、コア・ネットワーク１２０と、インターネット・ネットワーク１２５とを含む。さらに、ワイヤレス通信システム１００は、当技術分野においてよく知られている、ワイヤレス通信システム１００の上のデータの伝送のために使用される他のネットワーキング要素を含むことができる。基地局１１０は、マルチ・スタンダード基地局（ＭＢＳ：ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｎｄａｒｄ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）とすることができ、このマルチ・スタンダード基地局は、上記のワイヤレス技術のおのおのをサポートするモジュールを含んでいる。

各ＵＥ １０５は、エア・インターフェースの上で基地局１１０と通信する（また逆も同様である）。基地局１１０と、ＵＥ １０５との間でアップリンクおよび／またはダウンリンクのワイヤレス通信チャネルを提供するように、ＵＥ １０５と、基地局１１０との間でエア・インターフェースを確立し、維持し、動作させるための技法は、当技術分野において知られており、また明確にするために、本開示に関連のあるエア・インターフェースを確立し、維持し、また動作させるためのこれらの態様だけが、本明細書において論じられることになる。

セル・サイト１３０は、セルと呼ばれる基地局１１０のカバレッジ・エリアにサービスすることができ、またそのセルは、いくつかのセクタへと分割されることもある。説明を簡単にするために、専門用語のセルは、セル・サイト１３０によってサービスされる全体のカバレッジ・エリア、またはセル・サイト１３０の単一のセクタのいずれかのことを指すことができる。基地局１１０のセル・サイト１３０からＵＥ １０５への通信は、順方向リンク、またはダウンリンクと呼ばれる。ＵＥ １０５から基地局１１０のセル・サイト１３０への通信は、逆方向リンク、またはアップリンクと呼ばれる。

基地局１１０は、エア・インターフェースを介して情報を送信し、かつ／または受信するためのトランシーバを含んでいる。トランシーバは、アンテナ・アレイ２３０を含んでいる。アンテナ・アレイ２３０は、複数のアンテナ、またはアンテナ要素を含むことができる。基地局１１０は、多入力多出力（ＭＩＭＯ：ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ−ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）技法を使用することができ、その結果、アンテナ・アレイ２３０の中の複数のアンテナ要素は、エア・インターフェースの空間多重化されたチャネルを使用した同じ周波数帯域、および／またはＲＦ変調スキームを使用して複数のキャリアまたは規格をサポートする異なる周波数帯域の上で、複数の独立した、また異なる信号をＵＥ １０５に対して送信することができるようになる。

本発明の実施形態によれば、アンテナ・アレイ２３０は、複数のビーム・アーキテクチャをサポートするように構成されており、ここで、各ビーム・アーキテクチャは、異なるワイヤレス規格またはキャリアに関連している可能性がある。アンテナ・アレイ２３０は、同じアンテナ・ハードウェアを使用しており、このアンテナ・ハードウェアは、ワイヤレス通信システム１００によって使用される複数のビーム・アーキテクチャによって再利用される。

ビーム・アーキテクチャは、セル・サイト１３０の中のセクタの数と、セクタ当たりのビーム形成信号の数とに関連している。例えば、Ｓは、セル・サイト１３０当たりのセクタの数とすることができ、またｂ（ｓ）は、各セクタｓについてのビーム形成信号の数とすることができ、ここでｓ＝１、．．．、Ｓである。それゆえに、１つのビーム・アーキテクチャは、セル・サイト１３０当たりに任意の数のセクタと、セクタ当たりに任意の数のビーム形成信号とを含むことができる。ビーム形成信号は、方向およびビーム幅が変化する可能性があり、または固定されたビームとすることができる適応信号とすることができる。

ＧＳＭにおいては、ワイヤレス通信システム１００は、セル・サイト１３０当たりに１２個のセクタと、セクタ当たりに１つのビーム形成信号とをサポートするビーム・アーキテクチャを有することができる。ＨＳＰＡにおいては、ワイヤレス通信システム１００は、セル・サイト１３０当たりに６つのセクタと、セクタ当たりに２つのビーム形成信号とをサポートするビーム・アーキテクチャを有することができる。ＬＴＥにおいては、ワイヤレス通信システム１００は、セル・サイト１３０当たりに３つのセクタと、セクタ当たりに４つのビーム形成信号とをサポートするビーム・アーキテクチャを有することができる。したがって、上記ワイヤレス規格のおのおのは、異なるビーム・アーキテクチャをサポートする。しかしながら、本発明の実施形態は、任意のタイプのビーム・アーキテクチャを包含している。

基地局１１０は、基地局１１０によってサーブされているＵＥ １０５から受信される情報に基づいて、アンテナ・アレイ２３０のある種の数のアンテナ要素の上でビーム形成を実行するように構成されている。ビーム形成は、アンテナ・アレイ２３０の上の信号の受信または送信の方向性を制御するために使用される信号処理技法である。ＵＥ １０５から受信される情報は、基地局１１０のビームフォーマ・ユニットによって使用されて、ＵＥ １０５と通信するために最もよく使用される信号の特性を制御することができる。本発明の実施形態は、当技術分野においてよく知られている任意のタイプのビーム形成技法を包含している。しかしながら、本発明の実施形態によれば、アンテナ要素は、アンテナ・アレイ２３０の上でビーム形成信号を送信して、複数のビーム・アーキテクチャをサポートするときに、再利用される。アンテナ・アレイ２３０の詳細は、さらに、図２〜５を参照して説明される。

基地局１１０は、コア・ネットワーク１２０へと情報を送信し、またコア・ネットワーク１２０から情報を受信することができ、このコア・ネットワークは、ワイヤレス通信ネットワーク１００の中央部分である。例えば、ＵＭＴＳにおいては、コア・ネットワーク１２０は、モバイル交換センタ（ＭＳＣ：ｍｏｂｉｌｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ）、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ：ｒａｄｉｏ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を含むことができ、この無線ネットワーク制御装置は、ゲートウェイ・サポート・ノード（ＧＳＮ：ｇａｔｅｗａｙ ｓｕｐｐｏｒｔ ｎｏｄｅ）を通してインターネット・ネットワーク１２５にアクセスし、かつ／またはモバイル交換センタ（ＭＳＣ）を通して公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：ｐｕｂｌｉｃ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）にアクセスして、他の基地局１１０に対する接続性を提供することができる。ＵＭＴＳネットワークにおけるＲＮＣは、ＧＳＭネットワークにおける基地局制御装置（ＢＳＣ：Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）機能と同等な機能を提供する。

図２は、本発明の一実施形態による、ダウンリンク通信チャネルの上でデータを送信するためのアンテナ・アレイ２３０を有するトランシーバ２００を示すものである。

トランシーバ２００は、複数のビーム・アーキテクチャをサポートするように構成されており、ここで、各ビーム・アーキテクチャは、異なる構成のセクタと、ビーム形成信号とに関連づけられる。トランシーバ２００は、複数のアンテナ要素を有するアンテナ・アレイ２３０を含んでいる。図２に示されるように、複数のアンテナ要素は、円形アレイとして配列されることもある。また、複数のアンテナ要素は、半球の上に配置されて、複数のビーム形成信号を形成することができる。さらに、本発明の実施形態は、展開環境の所与の物理的制約条件に従うように、任意の構成で配列された密集したアンテナ要素を有するコンフォーマル・アンテナ・アレイを包含する。言い換えれば、コンフォーマル・アンテナ・アレイは、建物など、特定の環境に特に適合されることもある。建物の場合には、コンフォーマル・アンテナ・アレイは、アンテナ要素を有する２つのパネルを含むことができ、ここで、各パネルは、建物の隣接している側に位置している。しかしながら、本発明の実施形態は、例えば、三角構造など、アンテナ要素についての他の任意のタイプの構成を包含している。

アンテナ・アレイ２３０は、隣接するアンテナ要素の間の離隔距離が、キャリア波長の２分の１を超過しないように、寸法を決めることもある。しかしながら、アンテナ要素の間の間隔は、任意の値を包含することができる。複数のアンテナ要素は、同じアンテナ要素を使用して、少なくとも２つの異なるビーム・アーキテクチャをサポートするように構成されている。しかしながら、本発明の実施形態は、任意の数のビーム・アーキテクチャを包含している。

トランシーバ２００は、複数のベースバンド・ユニット（ＢＢＵ：ｂａｓｅｂａｎｄ ｕｎｉｔｓ）２４０と、複数のビームフォーマ・ユニット２５０と、複数のＲＦ変調ユニット２６０と、加算ユニット２７０とを含むことができる。トランシーバ２００はまた、例えば、キャリブレーション・ユニットなど、当技術分野においてよく知られている他のコンポーネントを含むこともできる。別個のビームフォーマ・ユニット２５０と、ＢＢＵ ２４０と、ＲＦ変調ユニット２６０とは、各ビーム・アーキテクチャについて提供される。例えば、トランシーバ２００が、２つのビーム・アーキテクチャをサポートする場合、２つのＢＢＵ ２４０と、２つのビームフォーマ・ユニット２５０と、２つのＲＦ変調ユニット２６０とだけが必要とされる。

しかしながら、図２において示される特定の実施形態においては、トランシーバ２００は、３つの異なるビーム・アーキテクチャをサポートする。例えば、第１のＲＦ変調ユニット２６０−１と、第１のビームフォーマ・ユニット２５０−１と、第１のＢＢＵ ２４０−１（「第１のブランチ」）とは、ＧＳＭ規格に関連づけられることもあり、このＧＳＭは、セル・サイト１３０当たりに１２個のセクタと、セクタ当たりに１つのビーム形成信号とを実装する。第２のＲＦ変調ユニット２６０−２と、第２のビームフォーマ・ユニット２５０−２と、第２のＢＢＵ ２４０−２（「第２のブランチ」）は、ＨＳＰＡ規格に関連づけられることもあり、このＨＳＰＡ規格は、セル・サイト１３０当たりに６つのセクタと、セクタ当たりに２つのビーム形成信号とを実装する。第３のＲＦ変調ユニット２６０−３と、第３のビームフォーマ・ユニット２５０−３と、第３のＢＢＵ ２４０−３（「第３のブランチ」）とは、ＬＴＥ規格に関連づけられることもあり、このＬＴＥ規格は、セル・サイト１３０当たりに３つのセクタと、セクタ当たりに４つのビーム形成信号とを実装する。それゆえに、加算ユニット１３０に接続された３つのブランチのおのおのは、３つの異なるビーム・アーキテクチャに関連している。また、３つのブランチのおのおのは、異なる周波数帯域に従って動作する。それぞれのＢＢＵ ２４０を起源とするデータ・ストリームは、以下でさらに説明されるように、ビーム形成を使用して、複数のアンテナ要素の上で同時に送信されることもある。

ＧＳＭブランチ（第１のブランチ）を参照すると、第１のＢＢＵ ２４０は、ダウンリンク通信チャネルの上でセル・サイト１３０の１２個のセクタのおのおのにおいてＵＥ １０５に対して送信されるデータ・ストリームを含むベースバンド信号（例えば、１２個のベースバンド信号）を生成する。第１のビームフォーマ・ユニット２５０−１は、第１のＢＢＵ ２４０からベースバンド信号を受信し、またいくつかのビーム形成信号を生成し、ここで、各ビーム形成信号は、セル・サイト１３０の中の異なるセクタに関連づけられる。第１のブランチにおいて、ビーム形成信号の数は、ビーム・アーキテクチャにおけるセクタの数に対応する。ＧＳＭの場合には、セクタの数は、１２である。この特徴は、さらに、図３Ａおよび３Ｂを参照して説明される。

図３Ａは、本発明の一実施形態によるビームフォーマ・ユニット２５０の論理ブロックを示しており、また図３Ｂは、本発明の一実施形態による、ビーム形成信号を示すアンテナ要素の物理的概要を示している。

図３Ａおよび３Ｂを参照すると、ビームフォーマ・ユニット２５０は、セクタのおのおのについてのベースバンド信号を受信し、また複数のアンテナ要素の上で複数のビーム形成信号を生成する。各ベースバンド信号は、ビーム形成信号（およびセクタ）と関連づけられる。

しかしながら、各ビーム形成信号は、アンテナ要素のサブセットを使用して生成される。この場合には、各ビーム形成信号は、図３Ｂに示されるように７つの隣接するアンテナ要素を使用して生成される。例えば、ビーム形成信号１（Ｂ１）は、アンテナ要素２２、２３、２４、１、２、３および４を使用して生成され、ビーム形成信号２（Ｂ２）は、アンテナ要素２４、１、２、３、４、５および６を使用して生成され、またビーム形成信号３（Ｂ３）は、アンテナ要素２〜８を使用して生成される。同じことが、残りのビーム形成信号のおのおのについて反復される。別の方法で説明すると、各ビーム形成信号は、アンテナ要素のサブセット間で生成される複数の無線周波数（ＲＦ）信号を含んでいる。図３Ａの例においては、ビームフォーマ・ユニット２５０は、１２個のベースバンド信号に基づいて２４個のＲＦ信号を生成する。２４個のＲＦ信号は、１２個のビーム形成信号のおのおのを形成するために使用される。例えば、Ｂ１は、アンテナ要素２２、２３、２４、１、２、３および４を通してのＲＦ信号を含んでおり、Ｂ２は、アンテナ要素２４および１〜６を通してのＲＦ信号を含んでおり、またＢ３は、アンテナ要素２〜８を通してのＲＦ信号を含んでいる。

図３Ｂに示されるように、同じアンテナ要素は、ビーム形成信号を生成するために再利用される。例えば、ビームフォーマ・ユニット２５０からの少なくとも２つのビーム形成信号は、サブセットの中の同じアンテナ要素のうちの少なくとも２つ（またはそれより多く）を使用する。別の方法で述べると、隣接するビーム形成信号におけるアンテナ要素は、以前のビーム形成信号からシフトされる。それゆえに、各アンテナ要素の上のＲＦ信号は、通常、１つの特定のビーム形成信号についてのＲＦ信号と、別の特定のビーム形成信号（またはそれより多く）についてのＲＦ信号との合計である。例えば、図３Ｂにおいて、アンテナ要素２４の上のＢ１のＲＦ信号と、アンテナ要素２４の上のＢ１のＲＦ信号とが、加算される。

図４は、本発明の一実施形態によるアンテナ要素マッピング・チャートを示すものである。そのチャートは、どのアンテナ要素が、第１のビームフォーマ・ユニット２５０−１についての各ビーム形成信号に対応するかを示しており、これは、上記考察の続きである。しかしながら、本発明の実施形態は、任意のタイプのアンテナ・マッピングを包含する。例えば、三角形のアンテナ構造など、異なるアンテナ構造が、使用される場合、アンテナ要素と、ビーム形成信号との間のマッピングは、変化することになる。さらに、アンテナ要素の数が、２４とは異なる場合、アンテナ要素と、ビーム形成信号との間のマッピングは、変化することになる。さらに、マッピングは、セル・サイト１３０の中のセクタの数と、セクタ当たりのビーム形成信号の数とに依存している。

第１のビームフォーマ・ユニット２５０−１は、それぞれのビーム形成係数と、それぞれのベースバンド信号とに基づいてビーム形成信号のおのおのを生成する。例えば、Ｂ１のビーム形成係数は、Ａ_２２、Ａ_２３、Ａ_２４、Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３およびＡ_４とすることができる。これらのビーム形成係数は、アンテナ要素２２、２３、２４、１、２、３、および４に対応する。第１のビームフォーマ・ユニット２５０−１は、ビーム形成係数Ａ_２２、Ａ_２３、Ａ_２４、Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３およびＡ_４のおのおのによってベースバンド信号Ｘ_１を乗算して、ビーム形成信号Ｂ２についてのアンテナ要素２２、２３、２４、１、２、３、４についてのＲＦ信号を生成する。同様に、Ｂ２のビーム形成係数は、Ｂ_２４、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３、Ｂ_４、Ｂ_５、Ｂ_６とすることができる。第１のビームフォーマ・ユニット２５０−１は、ビーム形成係数Ｂ_２４、Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３、Ｂ_４、Ｂ_５、Ｂ_６のおのおのによってベースバンド信号Ｘ_２を乗算して、ビーム形成信号Ｂ１についてのアンテナ要素２４および１〜６についてのＲＦ信号を生成する。ビーム形成係数は、固定されても、または適応的に決定されてもよい。

図２に戻って参照すると、第１のＲＦ変調ユニット２６０−１は、第１のビームフォーマ・ユニット２５０−１からのＲＦ信号を特定の周波数帯域へと変調し、この特定の周波数帯域は、第２のブランチと第３のブランチとの周波数帯域とは異なる。言い換えれば、各ブランチは、異なる周波数帯域に従って動作する。

第２のブランチ（例えば、ＨＳＰＡ規格）においては、第２のＢＢＵ ２４０−２と、第２のビームフォーマ・ユニット２５０−２と、第２のＲＦ変調ユニット２６０−２とは、類似した方法で動作する。しかしながら、上記で示されるように、ＨＳＰＡ規格のビーム・アーキテクチャは、セル・サイト１３０当たりに６つのセクタと、セクタ当たりに２つのビーム形成信号とを実装する。それゆえに、第２のベースバンド・ユニット２４０−２は、１２個のベースバンド信号を生成し、ここで２つのベースバンド信号は、６つのセクタのおのおのに含められる。第２のビームフォーマ・ユニット２５０−２は、６つのビーム形成信号を生成し、ここで、各ビーム形成信号は、アンテナ要素のサブセットの上で生成される。しかしながら、この実装形態においては、第２のビーム・アーキテクチャ（例えば、ＨＳＰＡ）におけるアンテナ要素のサブセットは、第１のビーム・アーキテクチャ（例えば、ＧＳＭ）におけるアンテナ要素のサブセットよりも大きい。例えば、７つのアンテナ要素の上でビーム形成信号を生成する代わりに、ビーム形成信号は、例えば、９つのアンテナ要素の上で生成される。それにもかかわらず、ビーム形成信号／ＲＦ信号を生成するオペレーションは、以上で説明されるものと同じである。

第３のブランチ（例えば、ＬＴＥ規格）においては、第３のＢＢＵ ２４０−３と、第３のビームフォーマ・ユニット２５０−３と、第３のＲＦ変調ユニット２６０−３とは、類似した方法で動作する。しかしながら、上記で示されるように、ＬＴＥ規格のビーム・アーキテクチャは、セル・サイト１３０当たりに３つのセクタと、セクタ当たりに４つのビーム形成信号とを実装する。それゆえに、第３のベースバンド・ユニット２４０−３は、セクタごとに４つのベースバンド信号を生成する。第３のビームフォーマ・ユニット２５０−３は、３つのビーム形成信号を生成し、ここで、各ビーム形成信号は、アンテナ要素のサブセットの上で生成される。しかしながら、この実装形態においては、第３のビーム・アーキテクチャ（例えば、ＬＴＥ）におけるアンテナ要素のサブセットは、第１のビーム・アーキテクチャ（例えば、ＧＳＭ）と、第２のビーム・アーキテクチャ（例えば、ＨＳＰＡ）とにおけるアンテナ要素のサブセットよりも大きい。それにもかかわらず、ビーム形成信号／ＲＦ信号を生成するオペレーションは、以上で説明されるものと同じである。

加算ユニット２７０は、例えば、複数の規格にわたってＲＦ変調ユニット２６０のおのおのからの変調ＲＦ信号を加算するように構成されている。結果として、加算された被変調ＲＦ信号は、アンテナ要素の上で送信されて、複数のビーム・アーキテクチャのおのおのについてのビーム形成信号を生成する。

図５は、本発明の一実施形態による、アップリンク通信チャネルの上でデータを受信するためのアンテナ・アレイ２３０を有するトランシーバ２００を示すものである。

図５の中のトランシーバ２００は、図２〜５を参照して以上で説明されるものと類似した方法で動作する。しかしながら、ＲＦ変調ユニット２６０のおのおのは、アンテナ・アレイ２３０のアンテナ要素からＲＦ信号を受信し、また規格またはキャリアに特有の周波数帯域におけるベースバンドに対するダウン・コンバータとして動作する。例えば、第１のＲＦ変調ユニット２６０−１は、アンテナ要素から受信されるＲＦ信号を第１のビーム・アーキテクチャ（例えば、ＧＳＭ規格）の周波数帯域におけるベースバンド信号へと変換する。ビームフォーマ・ユニット２５０と、ＢＢＵ ２４０とは、上記で説明されるものと類似した方法で動作して、ビーム・アーキテクチャのおのおのについてのベースバンド信号を回復する。

結果として、本発明の一実施形態によるアンテナ・アレイは、アンテナ・ハードウェアの手作業による再構成なしに、既存のアンテナ・アーキテクチャの上でワイヤレス規格を追加し、または取り除く能力を有する。

本発明の実施形態の例の変形形態は、本発明の実施形態の例の趣旨および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、また当業者にとって明らかであるようなすべてのそのような変形形態は、本発明の範囲内に含まれるべきであるように意図される。

Claims (9)

1. ワイヤレス通信システムにおいて、複数のビーム・アーキテクチャをサポートするトランシーバ（２００）であって、
   複数のアンテナ要素を含むアンテナ・アレイ（２３０）を備え、前記複数のアンテナ要素は、セル・サイト（１３０）において、少なくとも２つのビーム・アーキテクチャをサポートするように構成されており、各ビーム・アーキテクチャは、異なる構成のセクタと、ビーム形成信号とに関連づけられ、各ビーム・アーキテクチャは、異なるワイヤレス規格に関連づけられる、トランシーバ。
2. ワイヤレス通信システムにおいて、複数のビーム・アーキテクチャをサポートするトランシーバであって、
   複数のアンテナ要素を含むアンテナ・アレイ（２３０）を備え、前記複数のアンテナ要素は、セル・サイト（１３０）において、少なくとも２つのビーム・アーキテクチャをサポートするように構成されており、各ビーム・アーキテクチャは、異なる構成のセクタと、ビーム形成信号とに関連づけられ、各ビーム・アーキテクチャは、１つのワイヤレス規格の内部の異なるキャリアに関連づけられ、各ビーム形成信号は、複数の無線周波数（ＲＦ）信号を含む、トランシーバ。
3. 前記アンテナ要素は円形アレイとして配列される、請求項１に記載のトランシーバ。
4. 複数のビームフォーマ・ユニット（２５０）をさらに備え、各ビームフォーマ・ユニット（２５０）は、異なるビーム・アーキテクチャに関連づけられ、各ビームフォーマ・ユニット（２５０）は、いくつかのビーム形成信号を生成するように構成されており、各ビーム形成信号は、前記複数のアンテナ要素のうちのアンテナ要素のサブセットに対応する複数の無線周波数（ＲＦ）信号を含む、請求項１に記載のトランシーバ。
5. 各ビームフォーマ・ユニット（２５０）からの各ビーム形成信号は、前記セル・サイトにおいて異なるセクタに関連づけられ、またビーム形成信号の数は、それぞれのビーム・アーキテクチャについてのセクタの数に対応する、請求項４に記載のトランシーバ。
6. １つのビームフォーマ・ユニット（２５０）から生成される少なくとも２つのビーム形成信号は、前記サブセットの中の同じアンテナ要素のうちの少なくとも２つを使用する、請求項４に記載のトランシーバ。
7. 複数のベースバンド・ユニット（２４０）をさらに備え、各ベースバンド・ユニット（２４０）は、異なるビーム・アーキテクチャに関連づけられ、またベースバンド信号を生成するように構成されており、各ベースバンド信号は、異なるセクタに対応しており、
   各ビームフォーマ・ユニット（２５０）は、ビーム形成係数と、それぞれのベースバンド・ユニット（２４０）から受信されるベースバンド信号とに基づいて特定のセクタについてのビーム形成信号を生成するように構成されており、また各ビーム形成係数は、前記サブセットにおける異なるアンテナ要素に対応する、請求項４に記載のトランシーバ。
8. 各ビームフォーマ・ユニット（２５０）は、各ビーム形成係数と前記ベースバンド信号を乗算して、１つのビーム形成信号に含まれる前記ＲＦ信号を生成する、請求項７に記載のトランシーバ。
9. 複数のＲＦ変調ユニット（２６０）をさらに備え、各ＲＦ変調ユニット（２６０）は、それぞれのビームフォーマ・ユニット（２５０）からの前記ＲＦ信号を異なる周波数帯域へと変調するように構成されている、請求項４に記載のトランシーバ。

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