JP2014514823A - 複数のアンテナを備える小型セル基地局、および使用するためのアンテナのサブセットを選択することにより受信パターンを制御する方法 - Google Patents

Abstract

複数のアンテナを備える小型セル基地局において、使用するアンテナのサブセットを選択することにより受信パターンを制御する方法が、提供される。本方法は、受信された信号品質の測定値に応じてアンテナのサブセットの各々についてのランク付け値を決定するステップと、最高のランク付け値を提供する、使用するためのアンテナのサブセットを選択するステップとを含む。

Description

本発明は、電気通信に関し、より詳細には、ワイヤレス電気通信に関する。

ワイヤレス電気通信システムがよく知られている。多くのそのようなシステムは、無線カバレッジが、セルとして知られているひとまとまりの無線カバレッジ・エリアによって提供される点で、セルラー方式である。無線カバレッジを提供する基地局は、各セルの中に位置している。伝統的な基地局は、比較的大きな地理的エリアにおいてカバレッジを提供し、また対応するセルは、多くの場合にマクロセルと称されている。

マクロセルの内部により小型のサイズのセルを確立することが可能である。マクロセルよりも小さなセルは、時として、小型セル、マイクロセル、ピコセル、またはフェムトセルと称されることもあるが、本発明者等は、マクロセルよりも小型のセルについては、小型セルとフェムトセルという用語を交換可能に、また包括的に使用している。フェムトセルを確立するための１つのやり方は、マクロセルのカバレッジ・エリアの内部の比較的限られた範囲内で動作するフェムトセル基地局を提供することである。フェムトセル基地局の使用の一例は、建物の内部にワイヤレス通信カバレッジを提供することである。

フェムトセル基地局は、比較的低送信パワーのものであり、またそれゆえに各フェムトセルは、マクロセルに比べて小型のカバレッジ・エリアのものである。典型的なカバレッジ範囲は、数十メートルである。

フェムトセル基地局は、ユーザによるプラグ・アンド・プレイ展開をサポートするための自動構成特性を有しており、例えば、このプラグ・アンド・プレイ展開においては、フェムト基地局は、それら自体を既存のマクロセル・ネットワークへと統合して、マクロセル・ネットワークのコア・ネットワークに接続することができる。

１つの知られているタイプのフェムトセル基地局は、はっきり言うと、コア・ネットワークに接続するための「バックホール」としてブロードバンド・インターネット・プロトコル接続を使用する。１タイプのブロードバンド・インターネット・プロトコル接続は、デジタル加入者回線（ＤＳＬ：Digital Subscriber Line）である。ＤＳＬは、フェムトセル基地局のＤＳＬトランスミッタ・レシーバ（「トランシーバ」）をコア・ネットワークに対して接続する。ＤＳＬにより、フェムトセル基地局を経由して提供される音声通話と他のサービスとを、サポートすることができるようになる。フェムトセル基地局はまた、無線通信のためにアンテナに接続された無線周波数（ＲＦ：radio frequency）トランシーバを含んでいる。そのような有線のブロードバンド・バックホールに対する代替案は、ワイヤレス・バックホールを有することである。

フェムトセル基地局は、時としてフェムトと称されることもある。

小型セルの小型カバレッジ範囲は、無線スペクトルが、マクロセルだけを使用して達成可能であるよりもずっと効率的に使用され得ることを意味しており、また小型セル基地局と、ユーザ端末との間の無線リンクが小さいときに、良好な品質のリンクが可能であり、高いデータ・レートを与える。しかしながら、フェムトと、マクロセルとの間の無線相互作用は、管理される必要がある。特に、無線干渉は、マクロセルラー方式のネットワークの内部におけるフェムトの共同展開において対処されるべき課題であることが知られている。

無線スペクトルの使用に関しては、小型セルと、マクロセルとは、基本的に２つのやり方で展開される可能性がある。一方は、専用のチャネルを使用することであり、その結果、小型セルは、マクロセルとは異なった周波数帯域を使用しており、またそれゆえに、干渉は存在せず、また他方は、同一チャネルの使用であり、そこでは、同じ周波数帯域が、小型セルと、マクロセルとの両方によって使用される。引き起こされる干渉にもかかわらず、同一チャネルのオペレーションは、それが帯域幅のより多い使用を提供するので望ましいが、干渉は、最小限にされる必要がある。フェムトと、マクロセルとの間の干渉に加えて、フェムトの起こり得る将来の高密度の展開には、たとえマクロセルと、フェムトとが異なった周波数帯域を使用するときでさえも、フェムトの間の干渉（いわゆる「フェムトセル内干渉」）の管理が必要とされることになる。

干渉は、マクロセル基地局、またはフェムトセル基地局の観点から、また、基地局からのダウンリンク方向に、または基地局に対してアップリンク方向に、考えられることもある。しかしながら、ユーザ端末に接続されたフェムトでは、特に、フェムト・ユーザによるマクロセルに対する干渉が、低いことが必要とされるので、送信パワーは、アップリンク方向にも、またダウンリンク方向にも非常に低い。その結果、マクロセル基地局によってフェムトに対して引き起こされる干渉は、通常、逆の場合よりも顕著である。

知られているフェムトは、調整可能な出力パワーを有する静的なアンテナ・システムを使用しており、ここでは、アンテナは、簡単なダイポール・アンテナ、またはプリント回路基板（ＰＣＢ：printed-circuit-board）アンテナである。そのようなアンテナは、低い利得を有しており、また基本的に無指向性の固定カバレッジ・パターンを提供する。

欧州特許公開第ＥＰ２１６１８５１号

本発明は、複数のアンテナを備える小型セル基地局、および使用するためのアンテナのサブセットを選択することにより受信パターンを制御する方法を提供することを目的とする。

読者は、添付の独立請求項を参照されたい。いくつかの好ましい機能が、従属請求項の中で説明されている。

本発明の一例は、切り替え可能なアンテナを備える小型セル基地局において、使用するアンテナのサブセットを選択することにより受信パターンを制御する方法である。本方法は、受信された信号品質の測定値に応じてアンテナのサブセットの各々についてのランク付け値を決定するステップと、最高のランク付け値を提供する、使用するアンテナのサブセットを選択するステップとを含む。

いくつかの好ましい実施形態は、無線環境において簡単で、高速で、また変化に応答するようにして、最適、または最適に近いアンテナ・サブセットを、言い換えれば、アンテナ、またはアンテナの組合せを動的に選択することを必要としている。いくつかの好ましい実施形態は、無線の干渉を軽減するためにアンテナを選択するよいやり方を提供している。いくつかの好ましい実施形態は、使用するために、最高のランク付けを有するものを選択する、使用可能なアンテナ・サブセットの系統的評価を必要とする。いくつかの好ましい実施形態は、無線環境における変化に適応できるようにするために様々なアンテナ・サブセットを定期的に評価することを必要とする。

いくつかの好ましい実施形態は、テストするために、また使用する可能性のために、アンテナ・サブセットをインテリジェントに選択すること、正しくないアンテナの選択に起因した性能損失を低減させること、およびアンテナ・サブセットの以前の評価からの適応学習を必要とする。

いくつかの好ましい実施形態においては、不適切なアンテナ・サブセットの過剰なテストが回避される。

いくつかの好ましい実施形態は、リアルタイムに機能し、したがって、大量の計算は必要とされない。また、いくつかの好ましい実施形態は、ユーザ端末のモビリティや新しい音声通話またはデータ・セッションの開始などに起因した、無線環境における変化に応答する。

無指向性アンテナを使用する知られているアプローチに比べて、小型セルに接続されたユーザ端末からの信号に対するアップリンクの干渉は、低減されることもある。小型セル基地局からのより低い送信パワーは、より長いバッテリ寿命と「より良い」通信を与えることをもたらす可能性がある。その結果、可能性のある追加の利点として、小型セル基地局から他の基地局のユーザに対するダウンリンクの干渉が低減される可能性もある。

本発明の実施形態は、次に、例として、また図面を参照して説明することになる。

本発明の第１の実施形態による、ワイヤレス通信ネットワークを示す図である。 図１に示される１つのマクロセルの内部の例示のフェムトセル基地局展開を示す図である。 マルチ要素の切り替え可能なアンテナを有するフェムトを示す図である。 図３に示されるフェムトの中の何らかの回路をより詳細に示す図である。 選択されたアンテナ・サブセットを使用すること（第１の使用期間）、後続の使用のためにアンテナ・サブセットを選択するためにアンテナ・サブセットをテストすること（テスト期間）、次いで選択されたアンテナ・サブセットを使用すること（第２の使用期間）を伴う、反復のフェムト動作サイクルの一例を示す図である。 そのアンテナ・サブセットの以前のテスト以来の、時間の関数としてのアンテナ・サブセットについての学習レート・ファクタ適応を示す図である。

本発明者等は、古典的なビーム形成を、すなわち、特定の振幅と位相シフトとを有する複数のアンテナ要素の使用を実施することが、フェムトにおいては実現可能でないことを認識した。

本発明者等は、多素子切り替え可能アンテナの使用が、干渉軽減のために有用であることを認識した。これは、いくつかのアンテナが提供され、またスイッチを使用して、どのアンテナまたはアンテナの組合せを使用すべきかを選択する場合である。本発明者等は、このアプローチの計算の複雑さが一般的に低いが、それが使用されているアンテナの数に依存するので、一度に２つよりも多いアンテナの使用は、通常、回避されることを認識した。

本発明者等は、このアプローチの有効な使用を行うためには、ほとんど干渉せずに、対象となるユーザ端末から良好な信号を与えるアンテナ・パターンをいかにして動的に選択するかに対処することにより、干渉が管理される必要があることを認識した。

本発明者等は、次に、フェムトセル基地局とその機能とを説明する前に、ネットワークの説明から開始して本発明の例示の実施形態を説明する。機能は、テストすべきアンテナ・サブセットのインテリジェントな選択と、アンテナ・サブセットのテストと、通信において使用するためのアンテナ・サブセットのインテリジェントな選択とを各々が含むサイクルに基づいている。

＜ネットワーク＞
図１および２に示されるように、それを通してユーザ端末３４が、ローミングすることができるワイヤレス通信のためのネットワーク１０は、２つのタイプの基地局を、すなわち、マクロセル基地局とフェムトセル基地局と（後者は、時として「フェムト」と呼ばれている）を含む。１つのマクロセル基地局２２は、簡単にするために、図１および２に示されている。各マクロセル基地局は、多くの場合にマクロセルと称される無線カバレッジ・エリア２４を有する。マクロセル２４の地理的範囲は、マクロセル基地局２２の能力と、周囲を取り囲んでいる地理とに依存する。

マクロセル２４の内部において、各フェムトセル基地局３０は、対応するフェムトセル３２の内部でワイヤレス通信を提供する。フェムトセルは、無線カバレッジ・エリアである。フェムトセル３２の無線カバレッジ・エリアは、マクロセル２４の無線カバレッジ・エリアよりもずっと小さい。例えば、フェムトセル３２は、サイズにおいてユーザのオフィスまたは家に対応する。

図１に示されるように、ネットワーク１０は、無線ネットワーク制御装置、ＲＮＣ、１７０によって管理される。無線ネットワーク制御装置、ＲＮＣ、１７０は、例えば、バックホール通信リンク１６０を経由してマクロセル基地局２２と通信することによりオペレーションを制御する。無線ネットワーク制御装置１７０は、基地局によってサポートされるセルの間の地理的関係についての情報を含む近隣リストを保持する。さらに、無線ネットワーク制御装置１７０は、ワイヤレス通信システム１０の内部のユーザ機器のロケーションについての情報を提供するロケーション情報を保持する。無線ネットワーク制御装置１７０は、回路交換ネットワークと、パケット交換ネットワークとを経由してトラフィックをルーティングするように動作可能である。回路交換されたトラフィックでは、無線ネットワーク制御装置１７０が通信することができる相手のモバイル交換センタ２５０が、提供される。モバイル交換センタ２５０は、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：public switched telephone network）２１０などの回路交換ネットワークと通信する。パケット交換されたトラフィックでは、ネットワーク制御装置１７０は、サービング汎用パケット無線サービス・サポート・ノード（ＳＧＳＮ：serving general packet radio service support nodes）と、ゲートウェイ汎用パケット無線サポート・ノード（ＧＧＳＮ：gateway general packet radio support node）１８０と通信する。次いで、ＧＧＳＮは、例えば、インターネットなどのパケット交換コア１９０と通信する。

ＭＳＣ２５０と、ＳＧＳＮ２２０と、ＧＧＳＮ１８０とオペレータＩＰネットワークとは、いわゆるコア・ネットワーク２５３を構成する。ＳＧＳＮ２２０と、ＧＧＳＮ１８０とは、オペレータＩＰネットワーク２１５によってフェムトセル制御装置／ゲートウェイ２３０に接続される。

フェムトセル制御装置／ゲートウェイ２３０は、インターネット１９０を経由してフェムトセル基地局３０に接続される。フェムトセル制御装置／ゲートウェイ２３０に対するこれらの接続は、ブロードバンド・インターネット・プロトコル接続（「バックホール」）の接続である。

図２においては、これらのフェムトセル基地局３０と、対応するフェムトセル３２とが、簡単にするために示されている。

マクロセル基地局２２と通信することが、マクロセル２４の内部のモバイル端末３４について可能である。モバイル端末３４が、モバイル端末がフェムトセル基地局３０の内部の通信のために登録されるフェムトセル３２に入るときに、マクロセルからフェムトセルへとモバイル端末との接続をハンドオーバすることが望ましい。図２に示される例においては、モバイル端末３４のユーザは、フェムトセル３２のうちの最も近いフェムトセル３２’の好ましいユーザである。

図２に示されるように、フェムトセル基地局３０は、ブロードバンド・インターネット・プロトコル接続（「バックホール」）３６を経由してコア・ネットワーク（図２には示されず）に接続され、またそれゆえに電気通信「世界」の残り（図２に示されず）に接続される。「バックホール」接続３６により、コア・ネットワーク（図示されず）を通してのフェムトセル基地局３０の間の通信が可能になる。マクロセル基地局はまた、コア・ネットワーク（図２に示されず）に接続される。

＜フェムトセル基地局＞
図３に示されるように、フェムトは、バックホールＤＳＬ回線３６に接続されたバックホール・インターフェース５２に接続された処理回路５０を含んでいる。処理回路は、両方ともにダイプレクサ６２に接続された送信増幅器５８と受信増幅器６０とに接続される。ダイプレクサ６２は、スイッチ６４に接続される。スイッチ６４は、各々がそれぞれのアンテナ（時にはアンテナ要素と称される）６８に接続された４つの出力６６を有する１対４のスイッチである。計算を簡単にするために、またインピーダンスのミスマッチを許容限度内に保持するために、２つよりも多いアンテナ要素は、どのようにしても一度には接続されない。したがって、４つのアンテナのシステムでは、全部で１０個のアンテナ・パターンが存在することが可能である（言い換えれば、１０個のアンテナ・サブセット、言い換えれば、１０個の異なるアンテナ、またはアンテナの組合せの選択が、可能である）。すなわち、これらは、個別の４つのアンテナに加えて、２つのアンテナの６つの可能性のある組合せ（すなわち、第１および第２と、第１および第３と、第１および第４と、第２および第３と、第２および第４と、第３および第４と）である。

この例においては、アンテナ要素は、各々が、サイズが約１７センチメートル×１５センチメートル×３．５センチメートルであるフェムトの筐体の内部で接続するのに小型であり、また簡単であるパッチ・アンテナであり、単一のメイン回路ボード（具体的には示されず）を含んでいる。パッチ・アンテナは、形状が平坦であり、またメイン回路ボードと平行に配置される基地局の中に簡単に位置づけられる。

図４に示されるように、フェムト３０の回路５０は、受信された信号対干渉比、ＳＩＲを決定するように動作するプロセッサ５１と、決定された値をターゲットＳＩＲ値と比較するように動作するコンパレータ５３と、ユーザ端末送信パワー制御装置５５とを含む。回路５０はまた、スイッチ６４に接続されたスイッチ制御装置５７を含んでいる。

＜フェムトセル基地局機能＞
与えられた任意の時間に、フェムトは、フェムトに接続されたユーザ端末に向かって高利得を提供し、マクロセルに接続されたユーザや、他のフェムトに接続されたユーザなど、他のユーザ端末に向かって低利得を提供する無線受信パターンを用いて動作しているはずである。各パターンの適合性は、アップリンク信号対干渉比、ＳＩＲ、フェムトの必要条件を満たすフェムトに接続されたユーザ端末から必要とされる伝送パワーを評価することにより判断される。フェムトは、ＷＣＤＭＡ（登録商標）技術を使用しており、またユーザ端末の伝送パワーは、高速パワー・アップリンク制御メカニズムにおいてフェムトによって制御されるので、フェムトは、たとえ実際の初期パワーが知られていないとしても、そのユーザの相対パワーを監視する。したがって、フェムトは、特にそのプロセッサ５１は、受信された信号対干渉比の頻繁な反復測定を実行し、また毎回、コンパレータ５３は、その結果をターゲットＳＩＲ必要条件と比較する。測定されたＳＩＲが、ターゲットＳＩＲを超過することを見出すとすぐに、フェムトは、具体的には、ユーザ端末パワー制御装置５５は、ユーザ端末にその送信パワーを低下させるように命令する。他方、測定されたＳＩＲがターゲットＳＩＲを下回るとすぐに、フェムトは、ユーザ端末にその送信パワーを増大するように命令する。したがって、このようにして、ユーザ端末の初期送信パワーに対するユーザ端末の送信パワーが、フェムトに知られている。

＜アンテナ・サブセットのテスト＞
スイッチ制御装置５７は、スイッチ６４を制御し、その結果、フェムトは、可能性のあるアンテナ・サブセット（効果的に可能性のあるアンテナ・パターン）を試み、また使用するために、最も適切なアンテナ・サブセットを、すなわち、ＳＩＲターゲットを満たすために低送信パワーを必要とするアンテナ・サブセットを選択し、そうでなくて最大アップリンク送信パワーには達するが、ＳＩＲターゲットには達しない場合には、最良のＳＩＲを与えるアンテナ・サブセットが、使用するために選択される。

本発明者等は、一方では、アンテナ・サブセットの頻繁なテストが、動的に変化する無線環境において高速な適応をもたらすことになるが、アンテナ・サブセットのうちのいくつかは、うまく実行できない可能性があるので、ＳＩＲにおける頻繁な低下が、起こる可能性があることを認識した。本発明者等はまた、非常に頻繁なＳＩＲ測定が、再伝送が許可されることを仮定すると、受け入れることができるパケット損失およびパケット遅延についての限度を考慮すると、受け入れることができない可能性があることを認識した。本発明者等は、アンテナ・サブセットをどのようにしてテストするかのやり方は、妥当な高速の適応であるが、受け入れることができるパケット損失レートおよびパケット遅延を提供することを目指した、トレードオフであることを認識した。

＜使用期間の間の各期間における１つのアンテナ・サブセットのテスト＞
本発明者等は、各使用期間の前のテスト期間にすべてのアンテナ・サブセットをテストすることが、行き過ぎになることを認識した。本発明者等はまた、過去にあまりうまく実行しなかったアンテナ・サブセットをテストすることを全体的に回避することは、アンテナ・サブセットがある時間の後によりよく実行する可能性がある変化する無線環境においては、不利になることも認識した。したがって、本発明者等は、以下のアプローチを想起した。

図５に示されるように、単一のアンテナ・サブセットは、使用期間６１の間の各テスト期間５９の中でテストされる。各サイクルが、以下でより詳細に説明されるランク付けスキームに従って、これまでの最もよい見出されたアンテナ・サブセットを使用して、使用期間６１が続いているアンテナ・サブセット・テスト・フェーズ５９を有する、オペレーションのサイクルが存在していることを考慮することができる。

単一のアンテナ・サブセットをテストするのに必要とされる期間は、これが、ＳＩＲ評価がＵＭＴＳ規格と合致したパワー制御のために提供される測定報告の間の時間である可能性があるレートであるので、１つのＵＭＴＳタイム・スロット（０．６６ミリ秒に等しい）である。

このアプローチは、アップリンク方向におけるパワー変動に起因したエラーと、結果として起こるＳＩＲの低下とが、テスト期間が短いのでテスト中には小さい可能性がある分散型テスト・スキームとして考えることができる。

さらに、テスト中に受け入れることができないレベルへの可能性のあるＳＩＲの低下に対抗するために、フェムトに接続されたユーザ端末は、テストが行われる直前にそれらの送信パワーを一時的に増大させるように命令される。これについては、後に以下でより詳細に説明される。

以下でより詳細に説明されるように、テストから、様々なアンテナ・サブセットが、ランク付けされる。図６を参照して以下で説明されるような平滑化オペレーションの後に、最良のランク付けを有するアンテナ・サブセットが、選択され、また使用される。ランク付けは、もちろん、時間とともにアップデートされる。

＜アンテナ・サブセットのランク付け＞
ランク付けは、無線環境と、ユーザ端末のロケーションと、無線チャネル特性とに依存する。ランク付けは、いかによく特定のアンテナ・サブセットが対象となるユーザ端末を取り込み、また同時に干渉するユーザを回避することができるかについての推定値と考えることができる。これは、対象となるユーザ端末に向かっての高いアンテナ利得と、干渉するユーザに向かっての低いアンテナ利得とを意味する。ランク付けの相対的な値だけが重要であるので、アンテナ・サブセットｘの（生の）ランク付けＲは、そのアンテナ・サブセットについての観察されたＳＩＲ（ｄＢにおける）と、ユーザ端末のアップリンク送信パワー（ｄＢｍにおける）との間の差である。これは、数学的には、
Ｒ（ｘ）＝ＳＩＮＲ_ｘ−Ｐ_{uplink_}
として示される。

以上で述べられるように、フェムトに接続されたユーザ端末のアップリンク伝送パワーは、フェムトによって制御されるので、フェムトは、ユーザ端末のうちの各々の送信パワーを追跡する。（追跡されるような送信パワーは、相対的な送信パワーであり、それぞれの初期送信パワーに対して相対的である。）

テストが行われるタイム・スロット（テスト期間）を除いて、各タイム・スロットにおいて、フェムトは、可能性のあるアンテナ・サブセットのランク付けを比較し、また使用するために、最高のランク付けを有するアンテナ・サブセットを選択する。

＜アンテナ・サブセットのランク付けのアップデート＞
以上で述べられるように、ＳＩＲ値は、ユーザ端末のパワー制御について各タイム・スロットにおいて計算される。それゆえに、ランク付け値の新しい推定値が、現在の（使用中の、またはテストされている）アンテナ・サブセットについて、タイム・スロットごとに決定される。

ランク付け値の変化は、平滑化され、その結果、アップデートされた（平滑化された）ランク付け値Ｒ（ｘ）は、古い値（Ｒ（ｘ）_ｏｌｄ）＋古い値と推定された新しい（生の）値（Ｒ（ｘ）_ｎｅｗ）との間の重み付けされた差になる。これは、
Ｒ（ｘ）＜＝＝Ｒ（ｘ）_ｏｌｄ＋α・［Ｒ（ｘ）_ｎｅｗ−Ｒ（ｘ）_ｏｌｄ］
に従って、時間的な差の平均化方法と考えることができ、式中で、αは、０と１との間の学習レートである。より高い学習レートは、より低い学習レートよりも高速のより古い測定値に起因して寄与を抑制し、また学習レートは、そのアンテナ・サブセットが前回テストされたので、時間に応じて適応的に変更される。

図６に示されるように、具体的には昇順の二次の凸関数が使用され、すなわち、
α＝（Ｎ（ｘ）／ｋ）＾２＋ｃ
であり、式中で、Ｎ（ｘ）は、アンテナ・サブセットｘの前回のテストまたは使用以来のタイム・スロットにおける時間であり、またＫおよびｃは、定数である。具体的には、ｃは、最小の学習レートであり、またＫは、曲線の勾配を規定するスケーリング・ファクタである。

その効果は、測定が時間的にすぐ近くにある場合に、平均化は、有用であり、また低い学習レートが、期待されることである。他方では、測定の間の時間が長い場合、そのときにはより古い測定値が時代遅れになる機会は、増大し、そのようにして、より後での測定値に対するより迅速な適応が、望ましくなり、またそれゆえに、より高い学習レートが、使用される。

本発明者等は、一方では、単一のタイム・スロットにおける単なる測定が高い周波数ノイズの影響を受けることに基づく場合に、ランク付けがエラーの影響を非常に受けやすいことになり、古い値を新しい値で完全に置き換えるという代替案が望ましくないので、この平滑化が適切であったが、他方では、無線環境が時間とともに変化するので、ランク付けのかなり急速な適応が望ましいことを認識した。

実際問題として、以前の測定が、５秒（７５００個のＵＭＴＳタイム・スロット）よりも古い場合、以前のランク付けは、完全に十分に上書きされる（言い換えれば、α＝１である）。

＜どのアンテナ・サブセットをテストすべきかの選択＞
使用期間の持続時間の選択は、言い換えれば、テスト期間の間の時間的な分離は、その無線環境に対するフェムトの適応のレートと、あまりうまく実行していないアンテナ・サブセットのテストに起因したＳＩＲ低下のリスクとの間のトレードオフである。この例において、約５０個のＵＭＴＳタイム・スロットと、１５０個のＵＭＴＳタイム・スロットとの間の使用期間が、言い換えれば、０．０３ミリ秒から０．１ミリ秒が、適切である。例えば、１つのテスト期間（１ＵＭＴＳタイム・スロット）は、約１００個のＵＭＴＳタイム・スロットの使用期間の後に起こる。

各テスト期間において、現在使用中のアンテナ・サブセット以外のアンテナ・サブセットが、テストされる。どのアンテナ・サブセットをテストすべきかを決定する際に、ランク付け値に加えて、そのアンテナ・サブセットが前回測定されて以来の、言い換えれば前回テストされ、または使用されて以来の時間も、考慮される。これについての理由は、アンテナ・サブセットの性能が、ユーザ端末のロケーション、ローカル環境、使用される無線チャネルなど、時間変化するファクタに非常に依存しており、そのようにしてあまりうまく実行していないアンテナ・サブセットは、ある時間の後によりよくなる可能性があることである。

この例においては、２つのメトリクスの簡単な線形の組合せが、使用される（他の実施形態においては、２つのメトリクスが、異なるやり方で組み合わされるが）。具体的には、どのアンテナ・サブセットをテストすべきかの選択は、適切にスケーリングされる前回テストされて以来のそのランク付けと時間との最高の合計を与える選択である。これは、
Ｅｘｐｌｏｒｅ（ｘ）＝Ｒ（ｘ）＋ε・Ｎ（Ｘ）
であり、式中で、Ｅｘｐｌｏｒｅ（ｘ）は、テストするためのアンテナ・サブセット「ｘ」の適合性の尺度であり、Ｎ（ｘ）は、アンテナ・サブセット「Ｘ」の以前のテスト、または使用からのタイム・スロットの数であり、またεは、スケーリング・ファクタである。

探索の値は、現在使用中のアンテナ・サブセット以外のすべてのアンテナ・サブセットについて決定され、また最高の探索値を与えるアンテナ・サブセットが、テストのために選択される。

＜テスト前のパワーの増大＞
たとえテストすべきアンテナ・サブセットのインテリジェントな選択が、このリスクを低減させるとしても、常にテスト中のＳＩＲ低下に起因したある程度のリスクが存在している。したがって、ＳＩＲ低下の影響を最小限にするために、テスト期間にわたって、送信パワーが、フェムトに接続されたユーザ端末について増大される。これは、フェムトからユーザ端末へとパワー制御コマンドを送信することにより、達成される。

最大送信パワーの増大（Ｐ_{Max_Explore}）が設定されて、他のユーザ端末に対する過剰な干渉を回避するが、しかしながら、最大の増大は多くの場合に不必要である。命令すべき送信パワーにおける増大は、アンテナ・ランク付けに基づいて、または統計的類似性に基づいて、あるいはアンテナ・ランク付けと統計的類似性との両方に基づいて計算される。これらの３つのオプションが、次に、順に説明される。

＜アンテナ・ランク付けに基づくパワーの増大の計算＞
この第１のアプローチにおいては、正確なランク付けが、この目的のために仮定され、また適用されるべきパワーの増大は、２つのランク付け値の間の差に基づいて簡単に決定される。具体的には、パワーの増大は、テスト期間の前の最大の許可されたパワーの増大（Ｐ_{Max_Explore}）と、前回使用されたアンテナ・サブセット（その使用は、前回の使用期間の中にある）のランク付け値とテストされているアンテナ・サブセットのランク付け値との間の差とのうちの小さい方である。これは、前回使用されたアンテナ・サブセットのランク付けが、テストされているアンテナ・サブセットのランク付けよりも高いというその仮定に基づいており、これは、最高のランク付けを有するアンテナ・サブセットが使用中であり／使用するために選択されているので適切である。

上記は、数学的には、
Ｐ_{Explore_ranking}＝ｍｉｎ（［Ｒ（last_used_subset）−Ｒ（test_subset）］，Ｐ_{Max_Explore}）
として書かれることもあり、式中で、
Ｒ（last_used_subset）−Ｒ（test_subset）＞＝０
である。

＜統計的類似性に基づくパワーの増大の計算＞
その他の場合の類似した実施形態においては、２つのアンテナ・サブセット（前回の使用期間において使用されるアンテナ・サブセットと、テストされているアンテナ・サブセットと）の利得パターンの統計的類似性をその代わりに使用して、適用すべきパワーの増大のレベルを決定する。これは、ランク付け値が正確であるという仮定に依存してはいない。

このアイデアは、パターンが、非常に異なっていることが見出される場合、そのときには、安全サイドにあるためには、より大きなパワーの増大が、より適切であることである。

このアプローチにおいては、類似性インデックスが、決定される。

類似性インデックスは、［０，１］の範囲の中の値であり、また２つのパターンの下の面積の最大値によって分割される２つのアンテナ・パターンの間の共通面積の比として規定される。言い換えれば、ｇ（ｍ，θ）が、ｍ番目のアンテナ・パターンの利得パターンを表す場合に次のようになる。パターンｎとｍとの間の類似性のインデックスは、

として、規定される。

このアプローチにおいては、テストの前のパワーの増大は、単に２つのパターンの間の類似性の程度に基づいて設定され、すなわち、２つのアンテナ・サブセットが、これに関して似ていなければ似ていないほど、パワーは、テストの前により多く増大されるべきである。これは、
Ｐ_{Explore_statistical}＝［１−Ｉ（last_used_subset，test_subset）］＊Ｐ_{Max_Explore}
に従い、式中で、Ｉは、類似性インデックスである。

フェムトは、類似性インデックス値が記憶されるルックアップ・テーブルを含んでいる。ｎ個の個別のアンテナ・サブセットの可能性を仮定すると、フェムトは、ｎ＊（ｎ−１）個の類似性インデックス値を記憶する。

＜アンテナ・ランク付けと統計的類似性との両方に基づくパワーの増大の計算＞
さらにその他の場合の類似した実施形態においては、２つのアンテナ・サブセットのアンテナ・ランク付けと、利得パターンの統計的類似性との両方を使用して、適用すべきパワーの増大のレベルを決定する。

このアプローチは、上記で説明された２つのアプローチの間の有用な妥協案と考えることができ、ここで、一方は、十分に正確なランク付け推定値を仮定しており、また他方は、純粋に、アンテナ・サブセットのパターンの間の一般的な統計的類似性に基づいている。

したがって、この例においては、実際のパワーの増大は、これら２つのメトリクスの重み付けされた組合せとして考えられ、
Ｐ_Explore＝Ｗ_ranking＊Ｐ_{Explore_ranking}＋Ｗ_statistical＊Ｐ_{Explore_statistical}
であり、式中で、
Ｗ_ranking＝１−Ｗ_statistical
である。

各パワーの増大のコンポーネントの重み付けは、ランク付け推定値の確実性のレベルを反映しており、この確実性のレベルは、テストされているアンテナ・サブセットのランク付けの以前の評価からの時間に非常に依存している。

その最も簡単な形態においては、Ｗ_rankingは、Ｎ（ｘ）の直線的に減少する関数であるように選択され、式中でｘは、試みられるべき、また開始時に１のオフセットを有するアンテナ・サブセットであり、例えば、
Ｗ_ranking（ｘ）＝ｍａｘ（［−Ｎ（ｘ）／Ｔ_deccor］＋１，０）
であり、式中でＴ_deccorは、システムの非相関時間（以前の評価が、Ｔ_deccorよりも古かった（Ｎ（ｘ）＞Ｔ_deccor）場合に、システムは、ただパターンの統計的類似性を使用して、適用されるべきパワーの増大を決定するようなやり方で、Ｎ（ｘ）と同じ単位で、すなわち純粋な時間、またはタイム・スロットの数のいずれかで表される）である。

この例においては、パワーの増大のレベルは、アンテナの前回使用されたサブセットの前回決定されたランク付け値と、測定されているサブセットの前回決定されたランク付け値との間の差に応じて、またアンテナの２つのサブセットのそれぞれの無線受信パターンの間の類似性のインデックスにも応じて決定されることを考慮することができる。適用すべきパワーの増大のレベルを決定する際に、差と、インデックスとは、相対的に重み付けされ、重み付けは、テストされているアンテナ・サブセットが前回テストされて以来の時間に依存している。

いくつかの例示のシステムにおいては、限られた数（例えば、４つのアンテナを有するフェムトが、どんなときにも、最大２つのアンテナを使用しているときには１０個）のアンテナ・サブセットが存在しており、また、基地局は、ランク付け値と、アンテナ・サブセットの以前のテスト以来の時間とを簡単に追跡する。さらに、アンテナ・サブセットのテストのためのユーザ端末のパワーの増大を指示することに関しては、フェムトは、類似性インデックス値を記憶するルックアップ・テーブルを含んでいる。

＜概要＞
本発明は、その本質的な特性を逸脱することなく他の特定の形態で実施されてもよい。説明された実施形態は、すべての点で、例示的であるにすぎず、また限定的ではないものとして考えられるべきである。本発明の範囲は、それゆえに、上記の説明によるのではなくて、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の均等物の意味および範囲の内部に含まれるすべての変更形態は、それらの範囲内に包含されるべきである。

いくつかの代替的な実施形態においては、反転されたＦアンテナ（ＩＦＡ：Inverted-F-antennas）は、パッチ・アンテナの代わりに使用される。ＩＦＡアンテナは、回路基板の上部の２つの隅に簡単に配置され、またはプリント・アンテナとして主要回路基板の上に直接に実装される。

当業者なら、様々な上記で説明された方法のステップが、プログラムされたコンピュータによって実行され得ることを簡単に認識するであろう。いくつかの実施形態は、プログラム・ストレージ・デバイスに、例えば、デジタル・データ・ストレージ媒体に関連しており、このプログラム・ストレージ・デバイスは、マシン読取り可能であり、またはコンピュータ読取り可能であり、また命令のマシン実行可能プログラム、またはコンピュータ実行可能プログラムを符号化しており、そこでは、前記命令は、前記の上記で説明された方法のステップのうちの一部または全部を実行する。プログラム・ストレージ・デバイスは、例えば、デジタル・メモリ、磁気ディスクや磁気テープなどの磁気ストレージ媒体、ハード・ドライブ、または光学的に読取り可能なデジタル・データ・ストレージ媒体とすることができる。いくつかの実施形態は、上記で説明された方法の前記ステップを実行するようにプログラムされるコンピュータを必要とする。

Claims (14)

1. 複数のアンテナを備えるフェムトセル基地局において、使用する前記アンテナのサブセットを選択することにより受信パターンを制御する方法であって、
   受信された信号品質の測定値に応じて前記アンテナのサブセットの各々についてのランク付け値を決定するステップと、最高のランク付け値を提供する、使用する前記アンテナの前記サブセットを選択するステップとを含む方法において、
   使用期間の間の各テスト期間において、前記アンテナの単一のサブセットがテストされ、そのランク付けが、前回使用されたアンテナの前記サブセットのうちの前記１つのランク付けと比較されて、最高のランク付けを提供する前記アンテナの前記サブセットを使用するために決定することを特徴とする方法。
2. 前記測定値は、ユーザ端末から受信される信号の、受信された信号対干渉比と、前記ユーザ端末の送信パワーとの間の差についてのものである、請求項１に記載の方法。
3. 前記フェムトセル基地局は、前記フェムトセル基地局がその送信パワーを制御するときに、前記ユーザ端末の前記送信パワーを知っている、請求項２に記載の方法。
4. 前記テスト期間は、単一のタイム・スロットであり、また各使用期間は、２５個から７５個のタイム・スロットである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 各タイム・スロットは、０．６６ミリ秒のものである、請求項４に記載の方法。
6. アンテナ・サブセットの前記測定値を使用して、そのサブセットについての以前に決定されたランク付け値をアップデートし、そのサブセットの前回の測定以来の時間に応じて前記測定値に重み付けが与えられて、前記ランク付け値を提供する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記前回の測定値が比較的古い場合に、より重い重みが前記測定値に対して与えられる、請求項６に記載の方法。
8. 前回の測定以来の所定の時間まで、前記重みは、前回の測定以来の前記時間に依存する二次関数であり、前記重みは、正の最小値と、１という最大値との間にある、請求項６または請求項７に記載の方法。
9. アンテナのどのサブセットをテストすべきかの前記選択は、ランク付け値および前回の測定以来の時間から決定される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. そのランク付け値の合計についての最高値、および前回の測定以来のそのスケーリングされた時間を有する前記サブセットが、テストするために選択される、請求項９に記載の方法。
11. 前記フェムトセル基地局は、前記小型セル基地局に接続されたユーザ端末のための命令を送信して、前記測定のためにユーザ端末の送信パワーを一時的に増大させる、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. パワーの増大のレベルは、アンテナの前回使用されたサブセットの前回決定されたランク付け値と、測定されている前記サブセットの前回決定されたランク付け値との間の差に応じて決定される、請求項１１に記載の方法。
13. パワーの増大の前記レベルは、アンテナの前記２つのサブセットの前記それぞれの無線受信パターンの間の類似性のインデックスに応じて決定され、またはインデックスに依存してもいる、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
14. 複数のアンテナと、
    使用する前記アンテナのサブセットを選択することにより受信パターンを制御するように構成された制御装置と、
    受信された信号品質の測定値に応じて前記アンテナのサブセットのうちの各々についてのランク付け値を決定するように構成されたプロセッサと、
    最高のランク付け値を提供する、使用する前記アンテナの前記サブセットを選択するように構成されたセレクタと
    を備えるフェムトセル基地局であって、
    使用期間の間の各テスト期間において、前記アンテナの単一のサブセットがテストされ、そのランク付けが、前回使用されたアンテナの前記サブセットのうちの前記１つのランク付けと比較されて、最高のランク付けを提供する前記アンテナの前記サブセットを使用するために決定することを特徴とするフェムトセル基地局。

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