JP2015173485A - セルラ・ネットワーク内のアンテナ・ビーム形成をサポートするシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム・パターン、ビーム掃引パターン、フィードバックおよびレポーティング規則を伴うパイロット・チャネル設計、および制御シグナリング設計が改善された、モバイル・ブロードバンド通信ネットワークでビーム形成アンテナ・システムをサポートする。【解決手段】改良型のビーム・パターンは、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ワイヤレス・ネットワーク内のワイヤレス通信をサポートする方法を含み、その少なくとも２つの空間ビームが、別々に異なる出力レベルに関連付けられ、その少なくとも２つの空間ビームは、固有の掃引パターンに従ってセル・セグメント全体にわたって移動することができる。パイロット・チャネル設計は、ネットワーク帯域幅性能を改善し、ユーザ移動度追跡を改善する。フィードバックおよびレポーティング規則は、好ましい実施形態では、特定のフィールド符号ＣＱＩを使用して確立する。【選択図】図１７

Description

関連出願データ
本願は、２００８年５月９日出願の仮特許出願第６１／０５２０１１号に関連し、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下でこうした先の出願に対する優先権を主張し、本願は、２００８年１０月６日出願のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７８９１３号に関連し、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１２０の下でこの先の出願に対する優先権を主張する。この仮特許出願および先行ＰＣＴ出願は、参照により本特許出願に組み込まれる。

本発明は、セル・セグメント内の空間ビームの形成をサポートすることに関する。

音声サービスおよび高速データ・サービスを提供することがモバイル・ワイヤレス・オペレータに対してますます求められており、同時に、こうしたオペレータは、全体のネットワーク・コストを削減し、サービスが加入者にとって手頃なものとなるように、基地局ごとにサポートするユーザをより多くすることを望む。その結果、データ転送速度をより高速にし、キャパシティを高めることを可能にするワイヤレス・システムが必要とされている。しかし、ワイヤレス・サービスにとって利用可能なスペクトルは限られており、固定帯域幅内のトラフィックを増大させる以前の試みにより、システム内の干渉が増大し、信号品質が低下している。

ワイヤレス通信ネットワークは通常、セルに分割され、各セルはさらにセル・セクタに分割される。各セル内に基地局が設けられ、セル内に位置する移動局とのワイヤレス通信が可能となる。従来技術の全方向性アンテナが基地局で使用されるとき、１つの問題が存在する。各ユーザの信号の送信／受信が、ネットワーク上の同一のセル位置内に位置する他のユーザに対する干渉源となり、全体のシステム干渉が限定されるからである。そのような全方向性アンテナが図１（ａ）に示されている。

こうした従来の全方向性アンテナ・セルラ・ネットワーク・システムでは、基地局は、セル内のモバイル・ユニットの位置に関する情報を持たず、無線カバレッジを提供するためにセル内のすべての方向に信号を放射する。この結果、同一周波数を使用する隣接セル、いわゆる同一チャネル・セルについて干渉が引き起こされることに加えて、到達するモバイル・ユニットがないときに送信時の電力が浪費される。同様に、受信では、アンテナが、雑音および干渉を含む、すべての方向から来る信号を受信する。

帯域幅使用の効率を向上させ、このタイプの干渉を低減するための効果的な方法は、送信機および受信機で複数のアンテナをサポートする多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術を使用することである。セルラ・ネットワーク上のダウンリンクなどの複数アンテナ・ブロードキャスト・チャネルについて、セルを複数のセクタに分割し、セクタ化アンテナを使用して複数のユーザと同時に通信することによってダウンリンク・スループットを最大にする送信／受信方法が開発されている。そのようなセクタ化アンテナ技術は、著しく改善された解決策を提供して、干渉レベルを低減し、システム・キャパシティを改善する。

セクタ化アンテナ・システムは、通信セッションに関係する複数の受信機（ユーザ装置、携帯電話など）と同時に通信する中央送信機（セル・サイト／タワー）によって特徴付けられる。この技術では、各ユーザの信号が、基地局によってその特定のユーザの方向のみで送信および受信される。これにより、システムがシステム内の全体的干渉を著しく低減することが可能となる。図１（ｂ）に示されるセクタ化アンテナ・システムは、セルのセクタのカバレッジ・エリア内に位置する各ユーザに向けて、異なる送信／受信ビームを送るアンテナのアレイからなる。

セクタ化セル・セクタの性能を改善するために、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）システムとも呼ばれる直交周波数領域多元接続（ＯＦＤＭＡ）システムを使用する方式が実装されている。こうしたシステムでは、移動局は、こうした空間ビームのうちの１つまたは複数を使用して基地局と通信することができる。ビーム形成と呼ばれる、信号の送信および受信を直交するように向けるこの方法は、基地局での高度な信号処理によって可能にされる。

ビーム形成方式は、セル・セクタを異なるカバレッジ・エリアに分割するための、セル・セクタ内の複数の空間ビームの形成によって定義される。基地局の放射パターンは、送信と受信のどちらでも、各ユーザがそのユーザの方向で最高の利得を得るように適合される。セクタ化アンテナ技術を使用することにより、かつセル内のモバイル・ユニットの空間位置およびチャネル特性を活用することにより、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）と呼ばれる通信技法が性能を向上させるために開発された。空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）技法は、本質的には、ビーム形成および／またはプリコーディングによって同時に送信する複数の無相関空間的パイプ［ｕｎｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｓｐａｔｉａｌ ｐｉｐｅｓ］を作成し、それにより、多元接続無線通信システムで優れた性能を提供することができる。

ビーム形成方式の１タイプは、移動局の位置に動的にビームを向ける適応ビーム形成方式である。そのような適応ビーム形成方式［ａｄａｐｔｉｖｅ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ］は、適応ビームを生成するために移動局の位置および空間特性を追跡する移動度追跡を必要とする。位置および空間特性に応じて、各ユーザの信号に、各アンテナへの信号および各アンテナからの信号の大きさおよび位相を調節する複素数の重みが乗じられる。これにより、セクタ化アンテナのアレイからの出力が所望の方向の送信／受信ビームを形成し、他の方向の出力が最小限に抑えられ、そのことを図２で図式的に見ることができる。

しかし、こうしたビーム形成アンテナ・システムで必要とされるネットワーク・セル内のユーザの位置の移動度および空間チャネル追跡により、システムのオーバーヘッドが増大する。さらに、比較的高い速度で移動する移動局では、移動度および空間チャネル追跡が可能ではないことがあり、または実際的ではないことがある。上記で明らかにした問題のうちのいくつかを解決することを含む、モバイル・ブロードバンド通信ネットワークでのセクタ化ビーム形成アンテナ・システムのサポートが求められている。

特定のネットワーク構成または通信システム上で使用される用語に応じて、システム上の様々な構成要素が異なる名前で呼ばれることがある。例えば、「ユーザ装置」は、ケーブル・ネットワーク［ｃａｂｌｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ］上のＰＣ、ならびにインターネット・アクセス、Ｅメール、メッセージング・サービスなどの様々な特徴および機能を有する移動端末（「携帯電話」）の様々な構成およびモデルで体験することのできる、ワイヤレス接続性によってセルラ・ネットワークに直接的に結合された他のタイプの装置を包含する。

さらに、「受信機」および「送信機」という語が、どの方向に通信が送信および受信されているかに応じて、「アクセス・ポイント（ＡＰ）」、「基地局」、および「ユーザ」と呼ばれることがある。例えば、ダウンリンク環境では、アクセス・ポイントＡＰまたは基地局（ｅＮｏｄｅＢまたはｅＮＢ）は送信機であり、ユーザは受信機であるのに対して、アップリンク環境では、アクセス・ポイントＡＰまたは基地局（ｅＮｏｄｅＢまたはｅＮＢ）は受信機であり、ユーザは送信機である。こうした用語（送信機や受信機など）は、制限的に定義されることを意味するものではなく、ネットワーク上に位置する様々な移動体通信ユニットまたは送信装置を含むことができる。

本発明は、ビーム・パターン、ビーム掃引パターン、フィードバックおよびレポーティング規則を伴うパイロット・チャネル設計、および制御シグナリング設計が改善された、モバイル・ブロードバンド通信ネットワークでビーム形成アンテナ・システムをサポートする方法およびシステムである。具体的には、改良型のビーム・パターンは、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ワイヤレス・ネットワーク内のワイヤレス通信をサポートする方法を含み、その少なくとも２つの空間ビームが、別々に異なる出力レベルに関連付けられ、その少なくとも２つの空間ビームは、固有の掃引パターン［ｓｗｅｅｐ ｐａｔｔｅｒｎ］に従ってセル・セグメント全体にわたって移動することができる。

パイロット・チャネル・シグナリング設計は、ネットワーク帯域幅性能を改善し、ユーザ・チャネル特性、移動度、および位置の追跡を改善する。フィードバックおよびレポーティング規則は、好ましい実施形態では、特定のフィールド符号［ｆｉｅｌｄ ｄｅｓｉｇｎａｔｏｒ］ＣＱＩを使用して確立することができる。さらに、ネットワーク帯域幅性能を改善し、ユーザ・チャネル特性、移動度、および位置の追跡を改善するために、本発明では制御シグナリング設計が提案され、好ましい実施形態では、制御シグナリング設計は、順方向リンク（ダウンリンク）制御信号ＦＬを使用する。こうしたパイロット・チャネルおよび制御シグナリング設計は、どの指向性伝送ビームがユーザ装置への送信に最も適しているか、または指向性伝送ビームをいつ活動化すべきかを解析する際にシステムを援助する。本発明は、ユーザ装置空間チャネル特性、移動度、または位置を追跡することに関連する問題を解決し、ネットワークの帯域幅およびカバレッジ性能を改善し、ネットワークのオーバーヘッド伝送を低減する。

同様の番号が同様の要素を表す添付の図面と共に読むときに、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から、本発明の目的および特徴をより容易に理解されよう。

全方向性アンテナ（ａ）およびセクタ化アンテナ（ｂ）の図である。 所望のユーザに向けられた重み付けセクタ化伝送ビーム［ｗｅｉｇｈｔｅｄｓｅｃｔｏｒｉｚｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅａｍ］の図である。 好ましい実施形態による、掃引パターンに従って移動する、異なる出力レベルを有する空間ビームを形成することのできる基地局に関連付けられる例示的セルを示す図である。 好ましい実施形態による、セル・セクタ内で形成される異なるビーム位置に関連付けられる空間ビームを示す図である。 一実施形態による空間ビームの掃引パターンを示す図である。 一実施形態による空間ビームの掃引パターンを示す図である。 一実施形態による空間ビームの掃引パターンを示す図である。 一実施形態による空間ビームの掃引パターンを示す図である。 一実施形態による空間ビームの掃引パターンを示す図である。 一実施形態による空間ビームの掃引パターンを示す図である。 いくつかの好ましい実施形態による異なるビーム構成を示す図である。 いくつかの好ましい実施形態による異なるビーム構成を示す図である。 好ましい実施形態による、異なるセル・セクタで形成された空間ビームを示す図である。 いくつかの好ましい実施形態に従って空間ビームを形成することのできるアンテナ素子をそれぞれ有する２つのアンテナ・パネルを有する基地局のアンテナ構造の正面図である。 図９のアンテナ構造の側面図である。 一実施形態による、２つの異なるセルで生成される空間ビームの第１構成を示す図である。 別の実施形態による、２つのセルで生成される空間ビームの第２構成を示す図である。 いくつかの好ましい実施形態による、制御およびデータ・シグナリングを通信する異なる技法を示す図である。 いくつかの好ましい実施形態による、制御およびデータ・シグナリングを通信する異なる技法を示す図である。 いくつかの好ましい実施形態による、データを通信するためのフレーム構造を示す図である。 いくつかの好ましい実施形態による、データを通信するためのフレーム構造を示す図である。 基地局および移動局の例示的構成要素のブロック図である。 ＰＨＹフレームパイロット・インジケータ・チャネル信号を示す図である。

図１（ａ）では、矢印１２５、１１５、１３５、および１４０で示される様々な方向に、半径方向外向きに等しく送信する全方向性アンテナ１０５の全体的伝送アーキテクチャ１００が示されている。カバレッジ・エリアの外周が、伝送アーキテクチャ１００に関するエリア１２０で示されている。図１（ｂ）に示されるセクタ化アンテナ・アーキテクチャ１４１を使用することにより、効率の改善が達成されている。

複数のアンテナ１４５、１４７、および１４８がアーキテクチャ１４０内に示されており、各アンテナが、カバレッジ・エリア１５０に関する指向性伝送１７５、カバレッジ・エリア１５７に関する伝送１９０、およびカバレッジ・エリア１５５に関する指向性伝送１８０で示される、セルラ・ネットワークの異なる領域に向けられる。この状況では、セクタ化アーキテクチャによってシステム・キャパシティを改善することが可能である。

様々な伝送信号の強度を変更することにより、セクタ化アーキテクチャ２００について図２に示されるように、追加の効率および干渉の低減を達成することができる。複数のアンテナ２１５、２２０、２２７、および２３０が、セクタ化アンテナ・アーキテクチャ２００内で伝送を送る（または伝送を受信する）。指向性アンテナ・ビーム２３５が、アンテナ素子２３０からの信号の強度を増大させることによって形成される。高信号強度カバレッジ・エリア２３５内の所望の伝送２４５を受信する所望のユーザ２０５が示されており、所望の伝送２４５は、そのユーザ２０５に向けられることが意図される、より高出力のビームである。干渉ユーザ２１０が、より低強度の伝送信号２４０と共に示されており、より低強度の伝送信号２４０は、そのユーザ２１０に関係するシステムで受ける干渉を低減する。

いくつかの好ましい実施形態によれば、「オポチューニスティック」時空多元接続［“ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃ” ｓｐａｃｅ ｔｉｍｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ］（ＯＳＴＭＡ）技法が、ワイヤレス通信ネットワークで使用するために提供される。ＯＳＴＭＡ技法は、セル・セグメント（セルまたはセル・セクタ）での複数の空間ビームの形成を可能にし、セル・セグメントの複数の空間ビームの少なくとも一部が、異なる出力レベルに関連付けられ、セル・セグメント内の異なるカバレッジ・エリアが提供される。空間ビーム（または、より簡潔には「ビーム」）とは、基地局と移動局（複数可）との間のワイヤレス通信をその中で実施することのできる、セル・セグメント内の地理的に別個のカバレッジ領域を指す。

さらに、ＯＳＴＭＡ技法は、セル・セグメント内のビームに関する掃引パターンを定義し、掃引パターンは、固定掃引パターンまたは動的掃引パターンでよい。「掃引パターン」とは、セル・セグメント内のビームがセル・セグメント内のビーム位置の間を経時的に移動する方式を指す。固定掃引パターンとは、所定のシーケンスに従ってビームがビーム位置の間を移動することを意味する。動的掃引パターンとは、１つまたは複数の基準に応じて、恐らくは様々なシーケンスでビームがビーム位置の間を移動できることを意味する。好ましい実施形態によれば、ビームが移動可能であるビーム位置は固定ビーム位置であり、したが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、そのようなビームが移動する位置は、一定の期間について固定されたままである。システム内のビーム位置を再構成する（例えば、２ビームを４ビーム、または８ビームなどに変更する）ことも可能である。

いくつかの好ましい実施形態に対して、基地局から移動局への順方向ワイヤレス・リンクに対してＯＳＴＭＡ方式が提供される。代替実施形態では、移動局から基地局への逆方向ワイヤレス・リンクに対してＯＳＴＭＡ方式を使用することもできる。データが基地局から移動局に流れる通信接続は、順方向リンク（ＦＬ）と呼ばれる。同様に、データが移動局から基地局に流れる通信接続は、逆方向リンク（ＲＬ）と呼ばれる。通信条件は、ＦＬとＲＬの両方について常に同じであるわけではない。例えば、移動局は、非常に輻輳している［ｈｉｇｈｌｙ ｃｏｎｇｅｓｔｉｖｅ］ＲＬトラフィックを有するが、比較的オープンなＦＬフローを有するサービング基地局［ｓｅｒｖｉｎｇ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ］と通信していることがある。移動局は、そのＲＬ接続を調節する必要があることがある。ＦＬとＲＬの両方について同じ基地局にとどまることは（よりオープンなＲＬ接続が別の基地局から利用可能である場合）、通信リソースの最良の使用ではないことがあるからである。

一実施例では、図３に示されるように、セル３００が、３つのセクタ３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃを有する。セクタ３００Ａ内では、基地局３０２が、高出力ビーム３０４および低出力ビーム３０６を含む複数の空間ビームを形成するアンテナ構造を有する。「高出力ビーム」とは、ワイヤレス通信が高い伝送出力で実施されるビームを指し、「低出力ビーム」とは、ワイヤレス通信がその高い伝送出力よりも低い伝送出力で実施されるビームを指す。

図１では、内縁３０８内のカバレッジ・エリアが「内部セル領域」と呼ばれ、内部セル領域とセル３００の外縁との間のリング形のエリアが「外部セル領域」と呼ばれる。高出力ビーム１０４は、アンテナ構造３０２からセル３００の縁部までのカバレッジ・エリアを提供することができることに留意されたい。一方、低出力ビーム３０６は、内縁３０８までのカバレッジを提供することができ、内縁は、セル３００の外縁に関連する半径よりも短い半径を有する。

高出力ビーム３０４は、内部セル領域と外部セル領域の両方に位置する移動局に関するカバレッジを提供し、低出力ビーム３０６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関するカバレッジを提供するのに使用される。低出力ビームは、高出力レベルより低い伝送出力のそれぞれの場合で、ほぼ同様の出力レベル、または異なる出力レベルで動作可能とすることができる。ただ１つの高出力ビーム３０４が示されているが、代替の好ましい実施形態では複数の高出力ビーム３０４を使用できることに留意されたい。

本発明では、基地局（アクセス・ノード）から送信される同時の高出力ビームおよび低出力ビームのビーム・パターンが順方向リンクに適用されるが、逆方向リンクに適用されるように適合することもできる。高出力ビームは、セル・サイトの縁部のユーザにサービスするのに対して、低出力ビームは、セル・サイトの中央のユーザにサービスする。「スーパーフレーム」プリアンブルを本発明と共に使用して、セクタ内の全方向に送信することができる。

低出力ビーム３０６を使用することにより、セル・セクタ３００Ａ、３００Ｂ、および３００Ｃのそれぞれにおける伝送からの干渉を低減することが可能となる。このことは、セル・セクタ内で形成される複数のビームが固定出力レベルを有し、固定出力レベルが、ビームがセル・セクタの縁部まですべてをカバーすることができるのに十分の高さである従来技法とは対照的である。その結果、すべて同一の比較的高い出力レベルである複数のビームを使用することにより、隣接するセルで生み出される干渉が増大する。対照的に、セル・セクタのビームの一部がセル・セクタ内の他のビームよりも低い出力である、好ましい実施形態によるＯＳＴＭＡ技法を使用すると、干渉の低減が達成される。

この説明ではセル・セクタで空間ビームを提供することを参照したが、セル全体について同様の技法を提供できることに留意されたい。いくつかの好ましい実施形態によれば、セル・セクタ内の空間ビームのすべてが外部セル領域内の移動局に対するカバレッジを提供することができるわけではないので、高出力ビーム３０４を異なるビーム位置に移動して、外部セル領域内の異なる位置に位置する異なる移動局に関するカバレッジを提供することができる。

セル・セクタまたはセル内のビームは、（図６に示されるような）非重複ビームまたは（図７に示されるような）重複ビームでよい。ある実装では、以下のことが真である場合、ビームは非重複とみなされる。３ｄＢ（デシベル）ビーム幅がｘ°である場合、図６に示されるように、ビームが約ｘ°ごとに分離される。以下のことが真である場合、ビームは重複するとみなされる。３ｄＢ（デシベル）ビーム幅がｘ°である場合、ビームがｘ°の事前定義されたある割合（例えば１／２）未満で分離される。図７は、隣接するビームがｘ／２°の分離で分離される例を示す。

図４は、６つの可能なビーム位置が提供される一例を示す。図４の例では、高出力ビーム４０４がビーム位置１で提供されるのに対して、低出力ビーム４０６がビーム位置２〜６で提供される。ビーム位置１〜６は、低出力ビーム４０４および高出力ビーム４０６を掃引することのできる固定ビーム位置である。

図４の６つの例示的ビーム位置の間のビームの掃引が、図５Ａ〜５Ｆに示されている。図５Ａ〜５Ｆは、ＡＴ１およびＡＴ２と符号が付けられた２つの移動局を示す。移動局ＡＴ１は外部セル領域内に位置し、したがって高出力ビーム４０４のリーチ範囲［ｒｅａｃｈ］内にあるが、低出力ビーム４０６のリーチ範囲内にはない。一方、移動局ＡＴ２は内部セル領域内にあり、したがって低出力ビーム４０６のカバレッジ・エリア内にある。時間間隔１（図５Ａ）で、図５Ａ〜５Ｆに示される例での高出力ビームは、ビーム位置１に位置する。低出力ビーム４０６はビーム位置２〜６に位置する。

時間間隔２（図５Ｂ）で、高出力ビーム４０４はビーム位置２に移動しており、このとき低出力ビーム４０６はビーム位置１にある。図５Ｂでは、移動局ＡＴ１は、ビーム位置１の低出力ビーム４０６のカバレッジ領域の外部にあることに留意されたい。図５Ｃの時間間隔３で、高出力ビーム４０４はビーム位置３に移動しており、ビーム位置２では低位置ビーム［ｌｏｗ−ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｂｅａｍ］が高出力ビーム［ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ ｂｅａｍ］に取って代わる。高出力ビーム４０４および低出力ビーム４０６の移動は、連続する時間間隔４、５、および６（それぞれ図５Ｄ、５Ｅ、および５Ｆ）のそれぞれで続行する。

６つの時間間隔があいまって掃引期間を構成する。掃引期間内では、高出力ビーム４０４は、すべ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。より一般には、各掃引期間内で、任意の所与のビームが、すべ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。次いで、掃引パターンは、次のビーム期間について反復し、時間間隔７で高出力ビーム４０４はビーム位置１に戻り、ビーム位置１の次の間隔として時間間隔１３まで続行する。図５Ａ〜５Ｆに示される掃引パターンは、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（または決定性）［ｆｉｘｅｄ（ｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ）］パターンの一例である。異なる実施形態では、他のタイプの決定性パターン、さらにはランダム・パターンを含む他のパターンを使用することができる。各ビーム・パターンでのセル縁部ユーザ密度に基づいて高出力ビームをスケジューリングすることもできる。

代替実施形態では、６つのビームの代わりに４つのビームを使用することができ、１つのビームが高出力ビーム４０４であり、残りの３つのビームが低出力ビーム４０６である。この実施形態では、８インターフェースＨＡＲＱ構造が使用される。この実施形態でのビーム掃引パターンは、時間間隔１で高出力ビーム４０４が位置１にあり、低出力ビームが位置２、３、および４にある状態で始まる。時間間隔２で、高出力ビーム４０６は位置２にシフトし、低出力ビームは位置１、３、および４にある。時間間隔３で、高出力ビーム４０６は位置３にシフトし、低出力ビームは位置１、２、および４にある。時間間隔４で、高出力ビーム４０６は位置４にシフトし、低出力ビームは位置１、２、および３にある。時間間隔５の後で、ビーム・パターンは高出力ビーム４０６についてビーム位置１を繰り返し、低出力ビームは位置２、３、および４にある。次いで、ビーム・パターンは、その固定ビーム・パターンでセル・セクタにわたって掃引するシーケンスを反復する。

代替実施形態では、４つのビームまたは６つのビームの代わりに３つのビームを使用することができ、１つのビームが高出力ビーム４０４であり、残りの２つのビームが低出力ビーム４０６である。この実施形態では、６インターフェースＨＡＲＱ構造が使用される。この実施形態でのビーム掃引パターンは、時間間隔１で高出力ビーム４０４が位置１にあり、低出力ビームが位置２および３にある状態で始まる。時間間隔２で、高出力ビーム４０６は位置２にシフトし、低出力ビームは位置１および３にある。時間間隔３で、高出力ビーム４０６は位置３にシフトし、低出力ビームは位置１および２にある。時間間隔４で、ビーム・パターンは、高出力ビーム４０６についてビーム位置１を繰り返し、低出力ビームは位置２および３にある。次いで、ビーム・パターンは、その固定ビーム・パターンでセル・セクタにわたって掃引するシーケンスを反復する。

代替実施形態では、固定掃引パターンを使用する代わりに、動的掃引パターンを使用することができる。動的掃引パターンでは、セル・セクタのビーム位置にわたるビームの移動は、以下の基準のうちの１つまたは複数に動的に基づくことができる。セル・セクタの地理的領域内の移動局の存在、チャネル条件（例えば、ワイヤレス・リンクの条件）、ワイヤレス通信に関係する応用例のサービス品質（ＱｏＳ）要件、チャネルのローディングなど。

例えば、１つまたは複数の基準に応じて、高出力ビーム４０４を図５Ａ〜５Ｆに示される決定性の方式［ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ｍａｎｎｅｒ］で掃引する代わりに、基地局に関連するスケジューラが、高出力ビームが複数の時間間隔について特定のビーム位置にとどまることを指定することができる。さらに、スケジューラは、高出力ビーム４０４が各時間間隔で次のビーム位置に漸進的に移動するのではなく、高出力ビームがいくつかの位置だけ離れた別のターゲット・ビーム位置に移動できることを指定することができる。高出力ビームをこの方式で移動することが望ましいことがある場合には、ターゲット・ビーム位置の移動局がサービスを必要とすることがあることをスケジューラが検出した場合が含まれる（例えば、そのような移動局は、ＱｏＳ要件が低い他の移動局に勝って優先順位をそのようなサービス移動局に与えるべきであることを示すより高いＱｏＳ要件を有することがある）。

いくつかの実施形態では、各ビームはそれ自体の掃引パターンおよびビーム持続時間を有することができることに留意されたい。基地局は、セルまたはセル・セクタ内の複数のビームの複数の掃引パターンおよびビーム持続時間を調整することができる。ビームの掃引パターンは、ビームの空間的変動をもたらす。空間的変動をもたらすことに加えて、いくつかの好ましい実施形態は、時間ベースの変動も可能にし、時間ベースの変動は、ビーム持続時間（ビームが特定のビーム位置にとどまる時間量）によって定義される。一般に、好ましい実施形態によるビーム設計は、その掃引パターンおよびビームのビーム持続時間で指定される。掃引パターン（固定または動的）は、時間が進行するときのビーム位置のシーケンスで指定される。ビーム持続時間も固定または動的でよい。

異なるセルまたはセル・セクタは、固定ビーム位置の異なるセット、ならびに同時にオンにされる異なるビーム数を使用することができる。掃引パターンおよび／またはビーム持続時間も、異なるセルまたはセル・セクタでは異なるものでよい。ビーム掃引パターン実施形態（６つ、４つ、または３つのビーム、固定または動的掃引パターンなど）は、セル・サイト位置上の単一セクタに関係する。他のセクタは、類似のビーム・パターン掃引または高−低出力ビームを使用して、他のセクタに位置するユーザ装置と通信することができる。しかし、システムは、隣接セクタのビーム・パターンおよび同期システムを考慮して、こうしたビーム・パターンがセル・サイト位置内の異なるセクタ間で調整されない場合に生じる可能性のある高出力ビーム・コリジョンを回避しなければならない。したがって、セル間／セクタ間干渉を低減し、ネットワーク・ベースのＭＩＭＯ（多入力多出力）（これは、受信機の複数のアンテナで受信される複数の情報を同時に送信するために複数のアンテナを有する送信機の能力を指す）をサポートするために、複数の基地局間の調整が望ましいことになる。

いくつかの実施形態では、４つの可能な構成が利用可能なことがある。（１）構成１（静的掃引パターンおよび静的ビーム持続時間）、（２）構成２（動的掃引パターンおよび動的ビーム持続時間）、（３）構成３（動的掃引パターンおよび静的ビーム持続時間）、（４）構成４（静的掃引パターンおよび動的ビーム持続時間）。

構成１では、静的（固定）ビーム持続時間を有する静的（固定）掃引パターンが使用され、１つの可能な利点は、必要とされる制御オーバーヘッドおよびフィードバックが少なくなることである。例えば、固定掃引パターンおよび固定ビーム持続時間では、掃引期間内の時間間隔をビーム識別子として暗黙的に使用することができ、移動局は、ビーム識別子に関するどんなフィードバックも供給する必要がない。移動局はまた、ビームが移動局の位置に掃引されると移動局が予想するときにのみ順方向リンクを聴取すること、すなわち（不連続受信（ＤＲＸ））などの予測アルゴリズムを実行することもできる。ビームの特定のカバレッジ・エリア内に移動局がない場合、不連続送信（ＤＴＸ）［ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ］を実施することができる。ＤＴＸとは、送信をオフにするために送信機に印加されるゲーティングを指す。

掃引パターンを記述するビーム位置のシーケンスは、ビーム位置に関して順次的なものでよく、擬似ランダムでよく、または符号化したものでよい。セル・セクタ当たり５つのビームがある場合の例では、順次掃引パターンの一例は以下の通りである。｛１，２，３，４，５，１，２，３，４，５，．．．｝。これは、特定のビームが第１時間間隔にビーム位置１に進み、第２時間間隔に位置２に進み、第３時間間隔に位置３に進み、第４時間間隔に位置４に進み、第５時間間隔に位置５に進み、第６時間間隔で再び位置１に戻り、以下同様であることを意味する。

擬似ランダム掃引パターンの一例は以下の通りである。｛２，５，３，１，４，２，５，３，１，４，．．．｝。擬似ランダム掃引パターンと順次掃引パターンとの違いは、５つの時間間隔の掃引周期内で、掃引のシーケンスが位置１から位置２、位置３、位置４、位置５に進むのではなく、特定のビームの掃引がランダム化されることである。上記の例では、ビーム位置が第１時間間隔での位置２で始まり、第２時間間隔で位置５に進み、第３時間間隔で位置３に進み、第４時間間隔で位置１に進み、第５時間間隔で位置４に進む。このシーケンスは、次の掃引期間で再び反復する。したがって、掃引期間ごとに、擬似ランダム掃引パターンは、同じパターン位置の順序を反復する。

符号化掃引パターンとは、ビームがどのセル・セクタに位置するかに依存する掃引パターンを指す。（異なるコードに関連する）異なるセル・セクタが、異なる掃引パターンを使用する。図８は、各セルが３つのセル・セクタを有する複数のセル８００、８０２、８０４、および８０６を有する一例を示す。図８の例では、セル・セクタ当たり３つのビームがあると仮定する。ビーム位置は、反時計回り方向に１から３まで順次番号付けされる。セル８０６内のセル・セクタの掃引パターンは、｛１．２，３，１，２，３，．．．｝でよい。セル８００および８０４のそれぞれのセル・セクタの掃引パターンは、｛２，３，１，２，３，１，．．．｝でよく、セル８０２の各セル・セクタ内の掃引パターンは、｛３，１，２，３，１，２，．．．｝でよい。異なるセルで使用される異なる掃引パターンは、セル間干渉（異なるセル内に位置するビーム間の干渉）を低減するように設計される。

構成２では、動的掃引パターンおよび動的持続時間が使用され、柔軟な要求時ビーム形成［ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ］を実現することができる。例えば、ビームのカバレッジ・エリア内の移動局の存在に基づいて、チャネル条件に基づいて、ＱｏＳに基づいて、かつネットワーク・ベースのＭＩＭＯなどの特別な伝送方式のサポートに基づいてビームを形成することができる。しかし、柔軟性が向上するが、そのようなビーム形成パターンおよび持続時間をサポートするために、基地局スケジューラおよびフィードバック機構の複雑さも増大する。動的掃引パターンおよび動的ビーム持続時間を可能にするために、プリフラッシュ・メッセージ［ｐｒｅ−ｆｌａｓｈ ｍｅｓｓａｇｅ］（以下でさらに論じる）を基地局で送信して、移動局が基地局に測定値をレポートすることを可能にすることができる。

使用することのできる他の構成には、動的掃引パターンおよび静的ビーム持続時間を使用する構成３と、静的掃引パターンおよび動的ビーム持続時間を使用する構成４とが含まれる。より一般には、１つまたは複数の特性（例えば、１、５掃引パターンおよび／またはビーム持続時間）の動的変動は、以下の基準のうちの１つまたは複数に基づくことができる。特定の地理的領域内の移動局の存在、チャネル条件（例えば、ワイヤレス・リンクの条件）、ワイヤレス通信に関係する応用例のＱｏＳ要件、チャネルのローディングなど。（上記で列挙した基準のうちの１つまたは複数に基づいて）変更することのできるビームの別の特性は、ビーム持続時間内の、ビームが活動化される、すなわちオンにされ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・サイクルとは、所与のビーム位置について、所与の時間間隔中にビームが活動化される（すなわち「オン」にされる）時間と、ビームが非活動化される（すなわち「オフ」にされる）時間量との比を指す。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％でよく、これは、ビームが時間間隔の７０％について活動化され（すなわち「オン」にされ）、時間間隔の３０％について非活動化される（すなわち「オフ」にされる）ことを意味する。ビームのデューティ・サイクルをスケジューリングの必要に基づいて変更する能力により、干渉レベルを低くすることが可能となる。もはや必要ではないビームは、一時的にまたはより長い期間オフにすることができるからである。

いくつかの好ましい実施形態によれば、基地局は、１つまたは複数の特性（例えば、掃引パターン、ビーム持続時間、ビーム・デューティ・サイクルなど）の動的調節を可能にする「プリフラッシュ」を実施することができる。例えば、動的掃引パターンが使用されるとき、高出力ビームは、比較的延長された期間に特定のビーム位置に位置することができる。この状況は、他のビーム位置の外部セル領域内の他の移動局が、この比較的延長された期間に基地局と通信できることを防止することがある。

この問題に対処するために、プリフラッシングを使用することができ、プリフラッシングとは、基地局が短いパイロット・バースト（または他のメッセージングのバースト）を特定の方向に発行する手続きを指す。次いで、特定の方向に対応するカバレッジ・エリア内の移動局は、プリフラッシュ・メッセージの測定を行うことができ、測定値に関して基地局にレポートを提供することができる。一実施例では、移動局は、チャネル品質表示（ＣＱＩ）の形態などのワイヤレス・チャネル品質の表示をレポートすることができる。基地局は、特定のセル・セクタのすべての方向でプリフラッシュを実施することができる。移動局からの測定レポートを使用して、基地局は、ビーム持続時間、デューティ・サイクル、およびビーム・スケジューリングを動的に調節することにより、上記で論じたスケジューリングを実施することができる。

基地局で発行されるプリフラッシュおよび実際のトラフィック伝送は、異なる周期性と時間多重化できることに留意されたい（このことは、プリフラッシュが送信される期間を、トラフィックが送信される期間に対して調節することができることを意味する）。例えば、非常に長いデータのダウンロード中に、特定の移動局に対してプリフラッシュを発行することができ、プリフラッシュは、その特定の移動局へのデータのダウンロードと時間多重化式に行われる。

いくつかの実施形態によれば、図９に示されるように、アンテナ構造９００（これは、図３の基地局３０２などの基地局の一部である）が、アンテナ支柱［ａｎｔｅｎｎａ ｓｕｐｐｏｒｔ］９０６に取り付けられた上部アンテナ・アセンブリ９０２と、アンテナ支柱に取り付けられた下部アンテナ・アセンブリ９０４とを含む複数のアンテナ・アセンブリを備えることができる。図９に示される実装では、アンテナ・アセンブリ９０２および９０４のそれぞれは、アンテナ・パネルである。アンテナ・アセンブリ９０４は、上部アンテナ・アセンブリ９０２の（垂直方向）下に配置される。

アンテナ・アセンブリ９０２は複数のアンテナ素子９０８を含む。下部アンテナ・アセンブリ９０４は複数のアンテナ素子９１０を含む。アンテナ素子９０８および９１０は協働して、アンテナ構造９００でサービスされるセル・セクタ内のビームを形成する。

アンテナ構造９００の側面図が、図１０に示されている。下部アンテナ・パネル９０４が支柱９０６の垂直軸に対して角度が付けられ、それによって（アンテナ素子９１０が取り付けられる）前面９１２がわずかに下方に向く（傾く）ことに留意されたい。図１０の例では、上部アンテナ・パネル９０２は、概して支柱９０６の垂直軸と平行である。別の実装では、上部アンテナ・パネル９０２および下部アンテナ・パネル９０４の別の構成を設けることができる。さらに別の実装では、３つ以上のアンテナ・パネルを使用することができる。

例示的一実装では、上部アンテナ・パネル９０２のアンテナ素子９０８は、外部セル領域をカバーし、隣接するセル内の隣接する基地局と通信するためのビームを形成するのに使用することができる。下部アンテナ・パネル９０４は、所与のセル・セクタに対する低出力ビーム、ならびに恐らくは特定のセル・セクタの縁部までカバーする高出力ビームを形成するのに使用することができる。

異なるセル内の基地局間でビームで通信される情報は、バックホール情報および調整情報を含む。調整情報は、異なるセル間の移動局のハンドオーバを調整するのに使用することができる。調整情報はまた、セル間／セクタ間干渉を低減し、ネットワーク・ベースのＭＩＭＯをサポートするための、異なるセル内の掃引パターンおよび掃引持続時間の調整を可能にすることもできる。

「バックホール」情報とは、通常は基地局とワイヤレス・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・ゲートウェイなど）との間のバックホール接続を介して通信される制御およびデータを指す。ワイヤレス通信ネットワークに関連する問題は、セルのサイズが、特に都市エリアなどの人口密度の高いエリアでは比較的小さい可能性があることである。セル・サイズが小さいことの別の理由は、高データ転送速度または高搬送周波数のための要件である可能性がある。セル・サイズが小さくなると、存在するセル数（したがって対応する基地局数）が多くなる。通常、各基地局をバックホール・ネットワークによってワイヤレス・ネットワーク・コントローラに接続しなければならない。基地局数が多いことは、対応する多数のバックホール接続を設けなければならないことを意味する。バックホール接続は、配置するのに費用がかかる可能性があり、ワイヤレス通信ネットワークで比較的多数のそのようなバックホール接続を設けることにより、ワイヤレス・ネットワーク・オペレータに関するコストが増大する可能性がある。

いくつかの好ましい実施形態によれば、配置しなければならないバックホール接続数を削減するために、基地局のアンテナ構造が、バックホール情報を搬送するのに使用されるビーム（「バックホール・ビーム」と呼ばれる）を形成することができる。例えば、図９〜１０では、バックホール接続でワイヤレス・ネットワーク・コントローラに接続することのできる別の基地局にバックホール情報を通信するために、上部アンテナ・パネル９０２のビームを使用することができる。一般には、ワイヤレス・ネットワーク内の基地局のサブセットをワイヤレス・ネットワーク・コントローラへのバックホール接続と共に配置することができる。残りの基地局はバックホール接続と共には配置されず、そのような基地局は、バックホール接続と共に配置される対応する基地局（複数可）へのビームを介してバックホール情報を通信する。

図１１は、２つの異なる対応するセル内に位置する２つのアンテナ構造９００Ａおよび９００Ｂを示す。図１１の構成では、上部アンテナ・パネル９０２Ａと下部アンテナ・パネル９０４Ａ（ならびに９０２Ｂと９０４Ｂ）との間のカバレッジ・ゾーンの重複はない。バックホール・ビームは、それぞれ２つのアンテナ構造９００Ａおよび９００Ｂの上部アンテナ・パネル９０２Ａと９０２Ｂの間で形成することができる。下部アンテナ・パネル９０４Ａおよび９０４Ｂのそれぞれは、それぞれのセル内のカバレッジに対するビームを形成するのに使用される。

図１２は、上部パネル・ビームおよび下部パネル・ビームによるカバレッジの重複がある構成を示す。この方式では、２つのパネルが外部セル領域でＭＩＭＯを提供することができ、複数の出力アンテナが、上部パネルおよび下部パネルからのアンテナの何らかの組合せを含む。したがって、上部パネルおよび下部パネルの複数の出力アンテナがあいまって、ダイバーシティ利得、多重化利得、および／またはアレイ利得の向上を実現することができる。

様々な別の構成も可能である。例えば、異なる時間に、上部アンテナ・パネルおよび下部アンテナ・パネルを使用して、異なる時間間隔でセル・セクタを介して異なるカバレッジを提供することができる。例えば、ある時間枠では、下部パネルを使用してセル全体をカバーすることができる。別の時間枠では、上部パネルを使用して、外部セル領域だけをカバーし、バックホール・ビームを提供することができる。さらに別の時間枠では、下部パネルと上部パネルを共に使用して、外部セル領域をカバーすることができる。さらに別の構成では、第１時間枠では、下部パネルを使用して内部セル領域をカバーすることができ、上部アンテナ・パネルが、バックホール・ビームを提供するのに使用される。異なる時間枠では、下部アンテナ・パネルと上部アンテナ・パネルが共に使用され、内部セル領域がカバーされる。

所望の構成に応じて、上部アンテナ・パネルおよび下部アンテナ・パネルを互いに近接して配置することができ、または遠くに離して配置することができる。さらに、２つのアンテナ・パネルは、異なるアンテナ偏波を有するアンテナ素子を使用することができる。２つのアンテナ・パネルは、独立して動作することができ、または協働して動作することができる。２つのアンテナ・パネルは、時分割多重式に送信することができ、または同時に送信することができる。あるいは、２つのアンテナ・パネルを周波数領域多重（ＦＤＭ）式に送信することができ、または同じ周波数で送信することができる。

さらに、上部アンテナ・パネルと下部アンテナ・パネルとの間で調整が行われる場合、下部パネル・ビームから上部パネル・ビームへの、またはその逆の移動局のハンドオフが可能である。上部アンテナ・パネルおよび下部アンテナ・パネルの使用では、上部パネルと下部パネルのアンテナ素子で形成されるセル・カバレッジのためのすべてのビームの出力レベルが同一の出力レベルでよいことにも留意されたい。そのような構成では、内部セル領域のカバレッジと外部セル領域のカバレッジ（リング・ベースのカバレッジ）は、上部パネルおよび下部パネルを異なる方向に向けることによって達成される（例えば、下部パネルは、内部セル領域をカバーするように下向きに角度を付けることができ、上部パネルは、外部セル領域をカバーするように角度が付けられない）。

図１３は、セル・セクタ内の特定のビーム位置について、複数の時間間隔８００Ａ、８００Ｂ、８００Ｃ、および８００Ｄを示す。低出力ビームが時間間隔８００Ａ、８００Ｂ、および８００Ｄで送信され、高出力ビームが時間間隔８００Ｃで送信される。図１３に示されるように、時間間隔８００Ｂでの低出力ビームなどの低出力ビームを使用して、８２２で表されるユーザ・データおよび制御信号を送信することができる。一方、時間間隔８００Ｃでの高出力ビームを使用して、ユーザ・データおよび制御信号、ならびにブロードキャストオーバーヘッド・チャネルやプリフラッシュ・メッセージなどの他の制御情報を送信することができる。ブロードキャスト・オーバーヘッド・チャネルは、時間および周波数同期情報、ならびにセル、セクタ、またはビーム識別子情報を含むシステム取得チャネルと、ビーム掃引パターンなどのシステム・パラメータを搬送することのできるシステム・ブロードキャスト・オーバーヘッド・チャネルとを含むことができる。

代替実装では、時間間隔８００Ａ、８００Ｂ、８００Ｃ、および８００Ｄで送信される低出力ビームおよび高出力ビームに加えて、全方向オーバーヘッド・チャネルを送信するために別の時間間隔８００Ｅ（図１４）を割り振ることができる。全方向送信とは、オーバーヘッド・チャネルが特定のセル・セクタ（またはセル）のすべての方向にブロードキャストされることを意味する。全方向送信が使用される場合、異なる基地局による全方向オーバーヘッド・チャネルの伝送の間で時間、空間、または周波数調整を行って、移動局での信号受信をより良好にする（異なるセル間の干渉を低減する）ことができる。

いくつかの実装では、ＯＳＴＭＡを順方向リンクに適用し、逆方向リンクには適用しないことができる。そのような実装では、セル・サイズが順方向リンクのリーチに基づいて設計される場合、順方向リンクは、（高出力ビームの存在により）移動局が逆方向リンクで有するよりも遠方のリーチを有することがある。この問題に対処するために、中継機能（「アドホック中継」と呼ばれる）をセル・セクタ内の移動局で設けることができ、ある移動局が別の移動局を聴取して、別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移動局を特定のセル・セクタの縁部付近に配置することができ、第２移動局が基地局の近くに配置される。このシナリオでは、第１移動局によって逆方向リンクで送信される情報を第２移動局で基地局に中継することができる。中継がない場合、第１移動局からの伝送は、高い信頼性で基地局に到達することができない。

上記で論じたアドホック中継のために第１移動局から第２移動局に逆方向リンク情報を送信する目的で、時分割多重（ＴＤＤ）システムでは、第１移動局から第２移動局に逆方向リンク方向に逆方向情報を中継するために未使用順方向リンク時間スロットを再利用することができる。

さらに、セル・サイズが順方向リンク・リーチに基づいて設計されるときに制御チャネルの通信をより強固にするために、移動局は、トラフィック・データをただ１つの基地局に送信することができるが、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することができ、制御チャネルが所期のサービング基地局に到達することを保証する。

順方向リンク・リーチに基づいてセル・サイズを設計することに関連する別の問題は、逆方向リンク制御メッセージＡＣＫが、上記で論じたアドホック中継のために基地局に戻る際に低速である可能性があることである。この問題に対処するために、基地局は単に、肯定応答［ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔｓ］を待機することなくトラフィック・データのバーストを送信することができる。

あるいは、逆方向リンクのリーチに基づいてセル・サイズを設計することができ、その場合、セル・サイズはより小さくなる。そのような実装では、基地局は、順方向リンクで複数のセルに到達することができ、その結果、順方向リンクに関するサービング・セル・セクタは、逆方向リンクに関するサービング・セル・セクタとは異なる可能性がある。例えば、セルＡ内の基地局Ａは順方向リンク・サービング基地局でよく、セルＢ内の基地局Ｂは逆方向リンク・サービング基地局である。基地局Ａは、セルＡとセルＢのどちらにも到達することができるが、セルＢ内の移動局が到達することができるのは基地局Ｂだけである。このシナリオでは、ＣＱＩメッセージや逆方向肯定応答（ＲＡＣＫ）［ｒｅｖｅｒｓｅ ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ］メッセージなどのある逆方向制御メッセージを逆方向リンク上で移動局から基地局Ｂに送信することができ、次いで、基地局Ｂは、制御メッセージを基地局Ａ（これは順方向リンク・サービング基地局である）に中継する。

あるタイプの制御情報をすべての方向のすべての移動局に送達しなければならない可能性があることに留意されたい。しかし、高出力ビームは、所与の時間間隔で１つのビーム位置だけをカバーするので、高出力ビームを使用してそのような制御情報をすべての移動局に送信することができない。これに対処するために、そのような制御情報を基地局によって低コード・レートの低出力ビームで送信することができる（それにより、セル縁部付近に位置する移動局によるそのような制御情報の復号化の確率を高めることが可能となる）。すべての方向のすべての移動局に送達しなければならない可能性のある制御情報の例には、順方向リンク肯定応答チャネル（移動局に肯定応答を提供するため）および順方向リンク・パワー制御チャネル（移動局に出力制御メッセージを提供するため）が含まれる。

動的掃引パターンおよび／または動的ビーム持続時間が使用される場合、ビーム識別子を移動局に提供しなければならないことを意味することがあり、基地局は、低コード・レートの低出力ビームを使用して、セル縁部付近に位置する移動局にビーム識別子を送達することもできる。ビーム識別子は、移動局が次のどのビームがオンにされるかを認識することを可能にする。

ある実施形態では、ＯＳＴＭＡサブシステムを非ＯＳＴＭＡシステムと統合できることに留意されたい。非ＯＳＴＭＡシステムは、上記で論じたＯＳＴＭＡ技法を使用しない。

このシナリオでは、ワイヤレス・リンクを介してＯＳＴＭＡデータと非ＯＳＴＭＡデータのインターリービングを実施することができる。例えば、図１５に示されるように、ＯＳＴＭＡスーパーフレーム９５０がＯＳＴＭＡ操作に関連する間隔中に送信されるのに対して、非ＯＳＴＭＡスーパーフレーム９５２がＯＳＴＭＡ操作の時間枠外で送信される。「スーパーフレーム」とは、他のフレームを含むフレーム構造を指す。より一般には、ワイヤレス・リンクを介して送信されるデータの集合である「フレーム」に対する参照が行われる。

代替実施形態では、図１６に示されるように、スーパーフレーム９６０は、ＯＳＴＭＡデータとインターレースされる非ＯＳＴＭＡデータを含むことができる。スーパーフレーム９１０の先頭は、非ＯＳＴＭＡデータおよびＯＳＴＭＡデータの位置を示すためのオムニブロードキャスト・プリアンブル［ｏｍｎｉ−ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｐｒｅａｍｂｌｅ］９５４を含むことができる。代替実装では、別のフレーム構造を使用することができる。

基地局１０００および移動局１００２の例示的構成要素が図１７に示されている。基地局１０００は、移動局１００２内のワイヤレス・インターフェース１００６とワイヤレス・リンクを介してワイヤレスに通信するためのワイヤレス・インターフェース１００４を含む。基地局１０００は、基地局のタスクを実施するために基地局１０００内の１つまたは複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ）１０１０上で実行可能なソフトウェア１００８を含む。ＣＰＵ（複数可）１０１０はメモリ１０１２に接続される。ソフトウェア１００８は、スケジューラおよび他のソフトウェア・モジュールを含むことができる。基地局１０００はまた、バックホール情報および／または調整情報などの情報を別の基地局と通信するための基地局間インターフェース１０１４をも含む。

同様に、移動局１００２は、メモリ１０２０に接続された１つまたは複数のＣＰＵ１０１８上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のタスクを実施するように実行可能である。そのようなソフトウェア（１００８および１０１６）の命令は、ＣＰＵまたは他のタイプのプロセッサ上で実行するためにロードすることができる。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、プロセッサ・モジュールまたはサブシステム（１つまたは複数のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを含む）、あるいは他の制御装置またはコンピューティング装置を含むことができる。「プロセッサ」は、単一の構成要素または複数の構成要素を指すことができる。

（ソフトウェアの）データおよび命令は、それぞれの記憶装置内に格納され、記憶装置は、１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体また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、動的または静的ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ）、消去可能およびプログラム可能読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気消去可能およびプログラム可能読取り専用メモリ（ＥＲＰＲＯＭ）、フラッシュ・メモリなどの半導体メモリ装置、固定ディスク、フロッピィ・ディスク、取外し可能ディスクなどの磁気ディスク、テープを含む他の磁気媒体、コンパクト・ディスク（ＣＤ）やデジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）などの光学媒体を含む様々な形態のメモリを含む。

本発明の別の実施形態として、伝送をサポートするためにチャネル品質インジケータ（ＣＱＩ）が使用され、ＣＱＩが、ＰＨＹフレーム・シグナリング構造で順方向リンク上で周期的にブロードキャストされるパイロット・チャネル・インジケータ信号に基づいて確立される。この実施形態は、ＯＳＴＭＡシステムに関するＵＭＢ標準での多重化モード１および２のどちらにも適用することができる。具体的には、ＣＱＩが、多重化モード１に関するＦ−ＣＰＩＣＨ共通パイロット・インジケータ・チャネル・シグナリング［ｃｏｍｍｏｎ ｐｉｌｏｔ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｉｇｎａｌｉｎｇ］およびマルチプレクサ・モード［ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｍｏｄｅ］２に関するＤＲＣＨ配布リソース・ゾーン［ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｚｏｎｅ］から推定され、あるいはマルチプレクサ・モード２のＢＲＣＨブロック・リソース・チャネル・ゾーン内のＦ−ＣＱＩＰＩＣＨパイロット・インジケータ・チャネル・シグナリングから推定される。Ｆ−ＣＰＩＣＨまたはＦ−ＣＱＩＰＩＣＨパイロット・インジケータ・チャネル・シグナリングが、ビーム当たり１信号でビーム形成され、Ｆ−ＣＰＩＣＨまたはＦ−ＣＱＩＰＩＣＨパイロット・インジケータ・チャネル・シグナリングが高出力で送信され、セル縁部ユーザがすべてのビームからパイロット・インジケータ・チャネル信号を確認することが確実にされる。このパイロット・インジケータ・チャネル・シグナリングではＳＩＳＯまたはＭＩＭＯ伝送プロトコルが各ビームで使用され、Ｆ−ＣＰＩＣＨパイロット・インジケータ・シグナリングを使用するＰＨＹフレームの一例が図１８に示されている。ビーム位置１、２、３、および４のＦ−ＣＰＩＣＨが、示される時間フレームで周期的にブロードキャストされるように示される１８０のブロックで示されている。

この実施形態では、移動局１００２は、すべてのビーム形成された伝送から受信されるＦ−ＣＰＩＣＨまたはＦ−ＣＱＩＰＩＣＨパイロット・インジケータ・チャネル・シグナリングを受信する。移動局１００２は、Ｆ−ＣＰＩＣＨまたはＦ−ＣＱＩＰＩＣＨパイロット・インジケータ・チャネル・シグナリングに基づいて、どのビーム位置が高出力ビームかを判定し、移動局１００２は、Ｆ−ＣＰＩＣＨまたはＦ−ＣＱＩＰＩＣＨパイロット・インジケータ・チャネル・シグナリングからＣＱＩ値を推定する。移動局１００２はまた、アクセス端末とも呼ばれることがある。ＣＱＩが推定され、ビーム索引が計算され、ビーム位置に関する情報が提供される。

移動局１００２は、２つのモードで基地局１０００にフィードバックを提供する。第１モードでは、移動局１００２は、基地局１０００にビーム索引を介して最高のＣＱＩ値およびそれに対応するビーム位置（例えば、４つのビーム・セクタ内のビーム位置１、２、３、または４）をフィードバックする。第２モードでは、移動局１００２が２つの重複するビームのサービス・エリア内に位置すると移動局１００２が判定した場合、移動局１００２は、基地局１０００にビーム索引を介して最高の２つのＣＱＩ値および２つの対応するビーム位置（例えば、４つのビーム・セクタ内のビーム位置１および２、２および３など）をフィードバックする。移動局１００２は、層３シグナリングを開始して、フィードバックを提供する２つのモード間の切換えをトリガする。

このフィードバックに応答して、基地局１０００は、ビーム位置索引およびＣＱＩ値に基づいて、基地局１００２に送信すべき通信をスケジューリングする。第２モードでは、基地局１０００は、高出力ビームが隣接する低出力ビーム内のユーザに対する強い干渉を生み出さないようにユーザをスケジューリングする。移動局１０００が２つのビームの中央に位置する場合、基地局１０００は、重複する両方のビーム上でデータ伝送をスケジューリングする。こうした重複するビーム上のデータが同一のリソース位置を占有し、データは、両方のビームについて同一のスクランブリング・プロトコルを介して処理される。重複するビーム・エリア内に位置する移動局１００２は、伝送を受信し、最高値のＣＱＩを有するビーム位置上のＦ−ＳＣＣＨパラメータ値を監視し、Ｆ−ＳＣＣＨパラメータ内の１ビットが、２つの重複するビーム位置上の冗長データ伝送を示す。

ＣＱＩ値および／またはビーム索引情報から、基地局１０００または移動局１００２は、移動局１００２が高出力ビームでサービスされているか、それとも低出力ビームでサービスされているかを判定する。基地局１０００がその判定を行う場合、移動局１００２は、高出力ビームと低出力ビームのどちらについても最高のＣＱＩ値を有するビーム位置についてＦ−ＳＣＣＨパラメータ値を監視する必要がある。

この手法により、高出力ビーム上と低出力ビーム上の両方のスケジューリングでより高い柔軟性が基地局１０００に与えられる。高出力ビームは、セル中心ユーザにもサービスすることができるからである。移動局１００２が判定を行う場合、移動局１００２は、伝送で信号ビットをフィードバックし、低出力ビームまたは高出力ビームの選択、あるいは高出力ビームおよび／またはビーム索引情報に対応するチャネル品質インジケータ（ＣＱＩ）を示す。この実施形態では、特にセル縁部ユーザについて、高出力ビームまたは低出力ビームに関する最高のＣＱＩ値を有するビーム位置のＦ−ＳＣＣＨパラメータ値を移動局１００２に監視させることにより、著しい省電力を達成することができる。移動局１００２が低出力ビームでサービスされる場合、レポートされるＣＱＩが将来の伝送のために調節される。

ＣＱＩ測定に関するパイロット・チャネル・インジケータを高ビームだけで送信することもでき、低出力ビームは、復調のために別のタイプのパイロット信号を送信する。この実施形態では、ユーザが高出力ビームを受信するとき、または推定されるＣＱＩが最小しきい値を超過するときに、ＣＱＩだけがレポートされる。基地局１０００で通信されるビーム掃引パターンの知識に基づいて、ユーザは、セクタ内の高ビーム伝送に関連するタイミングについて知ることになる。基地局１０００は、ビーム伝送の品質およびＣＱＩフィードバックに関連するタイミングに基づいて、ユーザに関するビーム・カバレッジを導出することができるので、ビーム索引は、ＣＱＩ索引と共に基地局１０００にフィードバックされないことがある。

別の実施形態では、順方向リンク（ＦＬ）制御チャネル信号が、移動局１００２との間の伝送に最も適したビームの位置を援助する、異なる信号および方法を使用して送信される。一手法では、マルチプレクサ・モード２でのＤＲＣＨ配布リソース・ゾーン信号が、ＦＬ制御信号を送信する。各ビームでのユーザ数は限られるので、ビーム当たり単一または複数のＤＲＣＨ信号を使用して、シグナリングを制御することができる。制御ＤＲＣＨ信号は、隣接するビームとのコリジョンを最小限に抑えるためにセクタの周りでランダムにホップするように遷移することができる。低出力ビームでの制御チャネルは低出力上であり、高出力ビームでの制御チャネル高出力である。

第２の手法では、ＦＬ制御チャネル信号がＦ−ＳＣＣＨパラメータを使用して送信され、アクセス許可が高出力ビームで送信される。移動局１００２は、高出力ビーム指定についてＦ−ＳＣＣＨパラメータ値を監視する。第３の手法では、Ｆ−ＡＣＫＣＨパラメータが使用され、ＦＬ制御チャネル信号が送信される。この手法では、ＡＣＫ信号のいくつかのトーンが低出力ビーム上で高出力で送信され、したがってセル縁部ユーザに到達することができる。

第４の手法では、Ｆ−ＰＣＣＨ信号およびＦ−ＰＱＩＣＨ信号を使用して、ＦＬ制御チャネル信号を送信することができ、こうした信号は、移動局１００２の位置に対応する高ビーム位置上で送信することができる。伝送は、移動局１００２があるビーム位置から別のビーム位置に移動する場合に調節することができる。Ｕｌｔｒａ Ｍｏｂｉｌｅ Ｂｒｏａｄｂａｎｄプロトコルでは、Ｆ−ＰＣＣＨは通常、８フレームごとに送信され、Ｆ−ＰＱＩＣＨは１６フレームごとに送信される。

第５の手法では、Ｆ−ＦＯＳＩＣＨ信号およびＦ−ＩＯＴＣＨ信号を使用して、ＦＬ制御信号を送信することができる。こうした信号は高出力ビームで送信することができ、移動局１００２は、４フレームごとにこうしたＦ−ＦＯＳＩＣＨ信号およびＦ−ＩＯＴＣＨ信号を受信する。あるいは、代替実施形態では、こうした信号はすべてのビームで送信することができ、ＦＯＳＩＣＨ信号およびＩＯＴＣＨ信号のいくつかのトーンを低出力ビームで高出力で送信することを可能にし、したがってセル縁部ユーザに到達することができる。Ｕｌｔｒａ Ｍｏｂｉｌｅ Ｂｒｏａｄｂａｎｄプロトコルでは、Ｆ−ＦＯＳＩＣＨは通常、フレームごとに送信され、Ｆ−ＩＯＴＣＨはフレームごとと同じ速さでブロードキャストすることができる。

上記の説明では、本発明の理解を与えるために多数の詳細を述べた。しかし、本発明はこうした詳細なしに実施できることを当業者は理解されよう。限られた数の実施形態に関して本発明を開示したが、それらの多数の修正形態および変形形態を当業者は理解されよう。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲の中に含まれる修正形態および変形形態を包含するものとする。

Claims (24)

1. アクセス・ノードから、セル・セクタ内のカバレッジを提供する少なくとも２つの空間ビームを有する通信システム上の受信機への伝送のための最良のビームを選択する方法であって、
   アクセス・ノードから１つまたは複数の空間ビーム伝送を介してパイロット・チャネル・インジケータ信号を周期的に送信すること、
   前記受信機からのフィードバック信号を前記アクセス・ノードで取得することであって、前記フィードバック信号が、前記アクセス・ノードから送信された前記パイロット・チャネル・インジケータ信号から求められたチャネル品質インジケータと、前記受信機が位置する空間ビームの間のビーム位置の表示を有するビーム索引とを有すること、および
   前記チャネル品質インジケータおよび前記ビーム索引の解析に基づいて、前記アクセス・ノードから前記受信機への伝送をスケジューリングすることであって、前記解析が、他の空間ビーム上の他の伝送との干渉を生み出すことのない、前記受信機への伝送に最も適した前記受信機への伝送ビームを求めること
   を含む方法。
2. 前記パイロット・チャネル・インジケータ信号データが、前記セクタ内のすべてのビーム形成された伝送上で送信される請求項１に記載の方法。
3. 前記パイロット・チャネル・インジケータ信号が、前記セル・サイト・セクタの縁部に位置する受信機が前記パイロット・チャネル・インジケータ信号を受信することを確実にするように高出力で送信される請求項１に記載の方法。
4. 前記アクセス・ノードが、前記フィードバック信号内の前記ビーム索引値または前記チャネル品質インジケータから、前記ビームが高出力で送信されていることを判定する請求項１に記載の方法。
5. 前記受信機が、前記フィードバック信号内の前記ビーム索引値または前記チャネル品質インジケータから、前記ビームが高出力で送信されていることを判定する請求項１に記載の方法。
6. アクセス・ノードから、セル・セグメント内の第１カバレッジ・エリア内のカバレッジを提供する少なくとも２つの空間ビームを有する通信システム上の受信機への伝送のための最良のビームを選択する方法であって、
   アクセス・ノードから１つまたは複数の空間ビーム伝送を介してパイロット・チャネル・インジケータ信号を周期的に送信すること、
   前記受信機からのフィードバック信号を前記アクセス・ノードで取得することであって、前記フィードバック信号が、前記アクセス・ノードから送信された前記パイロット・チャネル・インジケータ信号から求められたチャネル品質インジケータと、ビームが重複する位置に前記受信機が位置する場合に前記受信機が位置する空間ビームの間の２つのビーム位置の表示を有する２つのビーム索引とを有すること、および
   前記フィードバック信号で受信された前記チャネル品質インジケータおよび前記ビーム索引値のうちの少なくとも１つの解析に基づいて、前記アクセス・ノードから前記受信機への伝送をスケジューリングすることであって、前記解析が、他の空間ビーム上の他の伝送との干渉を生み出すことのない、前記受信機への伝送に最も適した空間伝送ビームを求めること
   を含む方法。
7. 前記パイロット・チャネル・インジケータ信号データが、前記セクタ内のすべてのビーム形成された伝送上で送信される請求項６に記載の方法。
8. 前記パイロット・チャネル・インジケータ信号が、前記セル・サイト・セクタの縁部に位置する受信機が前記パイロット・チャネル・インジケータ信号を受信することを確実にするように高出力で送信される請求項６に記載の方法。
9. 前記アクセス・ノードが、前記フィードバック信号内の前記ビーム索引値または前記チャネル品質インジケータから、前記ビームが高出力で送信されていることを判定する請求項６に記載の方法。
10. 前記受信機が、前記フィードバック信号内の前記ビーム索引値または前記チャネル品質インジケータから、前記ビームが高出力で送信されていることを判定する請求項６に記載の方法。
11. 前記受信機が重複するビーム・カバレッジのエリア内に位置する場合、前記アクセス・ノードが、２つの空間ビーム上で前記受信機への伝送をスケジューリングする請求項６に記載の方法。
12. 複数の重複するビーム上で送られる前記データが、同一のスクランブリング・プロトコルを介して処理される請求項１１に記載の方法。
13. アクセス・ノードから、セル・セクタ内のカバレッジを提供する少なくとも２つの空間ビームを有する通信システム上の受信機への伝送のための最良のビームを選択する伝送システムであって、方法が、
    １つまたは複数の空間ビーム伝送を介してパイロット・チャネル・インジケータ信号を周期的に送信するアクセス・ノードであって、前記受信機からフィードバック信号を取得し、前記フィードバック信号が、前記アクセス・ノードから送信された前記パイロット・チャネル・インジケータ信号から求められたチャネル品質インジケータと、前記受信機が位置する空間ビームの間のビーム位置の表示を有するビーム索引とを有するアクセス・ノードを備え、
    前記アクセス・ノードが、前記チャネル品質インジケータおよび前記ビーム索引値の解析に基づいて前記受信機への伝送をスケジューリングし、前記解析が、他の空間ビーム上の他の伝送との干渉を生み出すことのない、前記受信機への伝送に最も適した前記受信機への伝送ビームがどれであるかを求めるように実施されるシステム。
14. 前記パイロット・チャネル・インジケータ信号データが、前記セクタ内のすべてのビーム形成された伝送上で送信される請求項１３に記載のシステム。
15. 前記パイロット・チャネル・インジケータ信号が、前記セル・サイト・セクタの縁部に位置する受信機が前記パイロット・チャネル・インジケータ信号を受信することを確実にするように高出力で送信される請求項１３に記載のシステム。
16. 前記アクセス・ノードが、前記フィードバック信号内の前記ビーム索引値または前記チャネル品質インジケータから、前記ビームが高出力で送信されていることを判定する請求項１３に記載のシステム。
17. 前記受信機が、前記フィードバック信号内の前記ビーム索引値または前記チャネル品質インジケータから、前記ビームが高出力で送信されていることを判定する請求項１３に記載のシステム。
18. 前記フィードバック信号が、前記アクセス・ノードから送信された前記パイロット・チャネル・インジケータ信号と、ビームが重複する位置に前記受信機が位置する場合に前記受信機が位置する空間ビームの間の２つのビーム位置の表示とから求められる２つのビーム索引値およびチャネル品質インジケータを有し、前記アクセス・ノードが、前記フィードバック信号および位置情報で受信された前記チャネル品質インジケータおよび前記ビーム索引のうちの少なくとも１つの解析に基づいて、前記アクセス・ノードから前記受信機への伝送をスケジューリングし、前記解析が、他の空間ビーム上の他の伝送との干渉を生み出すことのない、前記受信機への伝送に最も適した空間伝送ビームを求める請求項１３に記載のシステム。
19. 前記パイロット・チャネル・インジケータ信号データが、前記セクタ内のすべてのビーム形成された伝送上で送信される請求項１８に記載のシステム。
20. 前記パイロット・チャネル・インジケータ信号が、前記セル・サイト・セクタの縁部に位置する受信機が前記パイロット・チャネル・インジケータ信号を受信することを確実にするように高出力で送信される請求項１８に記載のシステム。
21. 前記アクセス・ノードが、前記フィードバック信号内の前記ビーム索引値または前記チャネル品質インジケータから、前記ビームが高出力で送信されていることを判定する請求項１８に記載のシステム。
22. 前記受信機が、前記フィードバック信号内の前記ビーム索引値または前記チャネル品質インジケータから、前記ビームが高出力で送信されていることを判定する請求項１８に記載のシステム。
23. 前記受信機が重複するビーム・カバレッジのエリア内に位置する場合、前記アクセス・ノードが、２つの空間ビーム上で前記受信機への伝送をスケジューリングする請求項１８に記載のシステム。
24. 複数の重複するビーム上で送られる前記データが、同一のスクランブリング・プロトコルを介して処理される請求項１８に記載のシステム。

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