JP4043361B2 - 移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
１．技術分野
本発明は，移動通信システムにおいて，各セクタのトラヒック（traffic）負荷分布によって可変的にセクタのサービス領域を調節する移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置に関する。
【０００２】
２．背景技術
移動通信システムにおいて，移動通信基地局（ＢＴＳ）は，オムニ基地局とセクタ基地局に分類される。しかしながら，大部分の基地局は，セクタ基地局型である。セクタ型基地局（ＢＴＳ）においては，そのサービス領域は，３セクタまたは６セクタに分かれる。ＣＤＭＡ基地局におけるセクタ型ＢＴＳは，一般に３セクタ基地局を有する。
【０００３】
セクタ型ＢＴＳは，各セクタに対して固定されたビーム幅を有するアンテナを使用する。このため，セクタのサービス領域の地理的範囲が固定される。しかしながら，トラヒックは，通常，ＢＴＳのセクタ間でアンバランスであるので，最大のトラヒックを処理するセクタに対して十分な周波数資源が分配されている。この結果，トラヒックが少ないセクタにおいては周波数資源の効率が低くなり，トラヒックが集中するセクタにおいては無線チャネル効率が減少してカバレッジ（coverage）が縮少される。このことにより，トラヒック不均衡セクタを有するＢＴＳにおいては，サービス効率低下及び周波数資源管理／維持コストが高騰するなどの問題が発生する。
【０００４】
さらに，セクタが各々固定されたサービス領域を有するＢＴＳにおける３セクタ基地局間で通話負荷分布が変わった場合，かかる状況は手作業で処理される。即ち，運用者はトラヒック負荷分布の変更を適合するために，鉄塔上に設けられたアンテナ方向を好適に変更する。しかしながら，かかる手作業は，非常に危険で煩わしいばかりでなく，アンテナの調整が長時間かかり過ぎる。結果として，手作業メンテナンスは，非効率的である。
【０００５】
３．発明の開示
本発明の目的は，セクタ間のトラヒックの均衡及びＢＴＳの周波数資源の効率的使用を確保するために，トラヒック負荷分布に基づいて，セクタのビームを他のセクタに分配して全ての各サービス領域を調整する移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置を提供することにある。
【０００６】
本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置は，基地局が，各セクタ毎にｍ本の多重ビームを有するｎ個のセクタを有する，移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置において，放射角度が相互に異なる（ｎ×ｍ）本のビームを形成する，多重ビーム形成モジュールと；前記多重ビーム形成モジュールからの（ｎ×ｍ）本のビームを，各々が２つのセクタ間で分配される（ｎ×ｍ）／２本のビームに合成する，１８０゜カプラモジュールと；分配された（ｎ×ｍ）本のビームのうち１つあるいは終端負荷を選択する（ｍ×ｎ）個のスイッチ要素を有する，スイッチモジュールと；分配された（ｎ×ｍ）本のビームの位相を選択的にシフトする，１８０゜位相遷移モジュールと；各セクタに対して（ｍ／２）本のビームを合成する，合成モジュールと；から構成される点に特徴がある。
【０００７】
他の本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置は，基地局が，各セクタ毎にｍ本の多重ビームを有するｎ個のセクタを有する，移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置において，放射角度が相互に異なる（ｎ×ｍ）本のビームを形成する，多重ビーム形成モジュールと；前記多重ビーム形成モジュールが形成した（ｎ×ｍ）本の出力ビームから選択的に（ｎ×ｍ）／２本のビームを２つのセクタに接続するスイッチ要素を有する，スイッチモジュールと；複数のセクタカプラと複数の共通カプラから構成され，前記セクタカプラは，（ｎ×ｍ）／２本のビームを前記スイッチモジュールを介さずに，かつ（ｎ×ｍ）／２本のビームを前記スイッチモジュールを介して合成し，前記各共通カプラは，前記２つのスイッチ要素から２つのビームを合成可能であり，かつ２つのセクタ間で合成されたビームを分配可能である，カプラモジュールと；前記カプラモジュールからの全ての出力を各セクタ毎に合成する，合成モジュールと，からなる点に特徴がある。
【０００８】
他の本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置は，基地局が，各セクタ毎にｍ本の多重ビームを有するｎ個のセクタを有する，移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置において，前記（ｎ×ｍ）本のビームを，各セクタのトラヒック判断基準信号を生成するためにする結合する，カップリングモジュールと；各々が２つのセクタへの各入力を結合することが可能な，（ｎ×ｍ）個のスイッチ要素を有するスイッチマトリックスモジュールと；各々が前記スイッチ要素あるいは終端負荷の出力を選択する，２×（ｎ×ｍ）個の終端スイッチ要素を有する，終端スイッチマトリックスモジュールと；前記終端スイッチマトリックスモジュールからの全ての出力を各セクタ毎に合成する合成モジュールと；前記生成されたトラヒック判断基準信号に基づいて，前記スイッチ要素及び前記終端スイッチ要素のスイッチング操作を個別に制御する制御ユニットと，からなる点に特徴がある。
【０００９】
本移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置は，周波数資源の効率的使用を可能とし，全てのセクタ間のトラヒック均衡を介してメンテナンスの安全性及び便利性が向上する。かかる多重ビーム分散／合成装置は，ビームをスイッチングするのに必要なスイッチの数を低減し，したがって，ビーム変更の安全操作が達成することができる。
【００１０】
５．発明を実施するための最良の形態
以下，本発明を完全に理解するために，好ましい実施例を，添付図面を参照しながら説明する。
【００１１】
まず，本発明の第１実施例に対して説明する。本発明の第１実施例おいては，各セクタに対して４本（３セクターに対して合計１２本）が２つのビームに合成され，合計６ビームが，トラヒック分布に基づいて適応的に３セクタのうち１つに分配される。
【００１２】
即ち，図１に示したように，６ビームは完全なＢＴＳのサービス領域を形成し，ビームの再分配を介してセクタの方向及び幅が調整される。
【００１３】
図２は，本発明にかかる多重ビーム分散／合成装置の第１実施例のブロック図である。図２の装置は，多重ビーム形成モジュール１０２，１８０゜カプラモジュール１０４，スイッチモジュール１０６，１８０゜位相遷移モジュール１０８及び合成モジュール１１０を含む。
【００１４】
多重ビーム形成モジュール１０２は，放射角度が相互に異なる１２本のビームを形成し，それは，図２に示すような３セクタに対する３本の多重ビーム形成器を含む。各多重ビーム形成器から出力された４本のＲＦビームは，２つの１８０゜カプラモジュール１０４に提供される。
【００１５】
６つの１８０゜カプラを有する１８０゜カプラモジュール１０４は，１２本のＲＦビームを６本のＲＦビームに合成する。即ち，１８０゜カプラモジュール１０４における各１８０゜カプラは，各２本のＲＦビームを１本のビームに合成する。そして，全ての１８０゜カプラは，２つの出力信号経路を有し，一方は，その原セクタの信号ポートに接続し，他方は，他のセクタの信号ポートに接続する。
【００１６】
スイッチモジュール１０６は，信号が１８０゜カプラから出力された場合に，１８０゜カプラの出力を選択する。１８０゜カプラモジュール１０４及びスイッチモジュール１０６によれば，各ビームは，３つのセクタのうちの１つに適応的に分配される。１８０゜位相遷移モジュール１０８は，他のセクタからの信号を次の合成モジュール１１０において，建設的に混合するために，他のセクタからのスイッチ受信信号の出力信号の位相をシフトする。
【００１７】
合成モジュール１１０は，多重ビーム形成モジュール１１０からの全ての信号経路上におけるビームの振幅及び位相特性を相互に整合させる。この合成モジュール１１０は，４−ｗａｙ合成器として構成することができる。
【００１８】
多重ビーム分散／合成装置の第１実施例の作用によれば，６本のビームは，各々３セクタ間のトラヒック負荷分布の変化に適応させるために，原セクタ以外のセクタに分配することができ，無線チャンネルは最大化される。
【００１９】
次いで，本発明の第２実施例を説明する。第２実施例においては，各３セクタに対する４本のビーム（３セクタに対して合計１２本のビーム）が使用され，４本のビームは２つの固定ビーム及び２つの可変ビーム（以下，‘適応ビーム’と称する）で構成される。各セクタの２つの適応ビームは，トラヒック分布に基づいて，他のセクタに適応的に再び分配される。
【００２０】
即ち，図３に示したように，１２本のビームは，ＢＴＳの全サービス領域を形成し，６本の固定ビームＡ２，Ａ３，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ２，Ｃ３は，これらの原セクタに固定され，他の６本の適応ビームＡ１，Ａ４，Ｂ１，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ４は，セクタ間で可変である。したがって，セクタの方向及び幅は，適応ビームの再分配を介して調整される。
【００２１】
図４は，本発明にかかる多重ビーム分散／合成装置の第２実施例のブロック図である。図４に示す装置は，多重ビーム形成モジュール４０２，スイッチモジュール４０４，１８０゜カプラモジュール４０６及び合成モジュール４０８を含む。
【００２２】
多重ビーム形成モジュール４０２は，その放射角度が相互に異なるように１２本のビームを形成し，図４に示すように３つのセクタに対する３つの多重ビーム形成器を含む。各多重ビーム形成期は，４本のビームが，対応セクタの全てのサービス領域を構築する，相互に異なるサービス領域セルを有するように，アレイセクタから受信した４本のビームを形成する。
【００２３】
本第２実施例のスイッチモジュール４０４は，初期段階で「セクタ可変」として形成されている６本のビームＡ４，Ｂ１，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ４及びＡ１に対して配置された６個のスイッチを有する。多重ビーム形成モジュール４０２の各スイッチは，適応ビームを多重ビーム形成モジュール４０２から受信し，１つの又は双方の原セクタあるいは他のセクタに接続する。
【００２４】
スイッチモジュール４０４内の各スイッチは，２個の出力端と１個の終端負荷を含む。１つの出力端は，入力端との固定接続を有し，他の出力端は，外部制御又はスイッチモジュール４０４の内部制御信号に応じて，選択的に入力端または終端負荷に接続される。即ち，各スイッチは，その原セクタのみの出力ポートに対する単一ビーム経路，あるいはそのセクタ及び他のセクタ双方の２つの経路を形成する。換言すると，各スイッチは，オン（ＯＮ）される場合には２−ｗａｙ分配器として機能し，オフ（ＯＦＦ）される場合には単一ビーム経路として機能する。
【００２５】
スイッチは，ペアで動作するビームポートＡ１，Ａ４，Ｂ１，Ｂ４，Ｃ１及びＣ４に接続する。換言すると，２つのスイッチ，Ａ４とＢ１，Ｂ４とＣ１，及びＣ４とＡ１は，スイッチ動作において連動する。例えば，Ａ４及びＢ１ポートに対する２つのスイッチは，同時にＯＦＦとなり，他がＯＦＦにされた場合は，２つのうち１つがＯＮになる。即ち，各スイッチペアは，他のセクタへの経路を設定せず，あるいはスイッチモジュール４０４の外部ＯＮ／ＯＦＦ制御信号又は内部ＯＮ／ＯＦＦ制御信号のもとで他のセクタへの単一経路のみを設定する。
【００２６】
１８０゜カプラモジュール４０６の各カプラは，２つの入力端と２つ又は１つ（他は終了）の出力端を有し，この出力端は，矩形入力の位相を１８０゜位相シフトし，次いで直接入力と合成する。
【００２７】
合成モジュール４０８は，多重ビーム形成モジュール４０２からの全て信号経路上で，その振幅及び位相特性においてビームを整合させる。合成モジュール４０８は，４−ｗａｙ合成器とすることができる。
【００２８】
第２実施例の作用を，より詳細に例示説明する。
【００２９】
スイッチＡ４，Ｂ１のペアが全てＯＦＦの場合には，２つの適応ビームＡ４，Ｂ１が各々これらの原セクタに固定されるために，他のセクタへのビーム経路は，設立されない。全てのスイッチのペアがＯＦＦである場合には，セクタ型ＢＴＳは，従来のように１２本の固定ビームを有する。
【００３０】
２つのうちスイッチＡ４がＯＮで，他のＢ１がＯＦＦの場合には，ビームＡ４は２−ｗａｙ合成器として機能するスイッチＡ４により分配され，２つの１８０゜カプラ（即ち，セクタ１及び２の間に配置されたセクタ１の１８０゜カプラ及び共通１８０゜カプラ）に，同時に，印加される。
セクタ１の１８０゜カプラに印加されたビームＡ４は，１８０゜シフトされ，共有１８０゜カプラに印加されたビームＡ４においては，位相シフトは発生しない。したがって，分配ビームＡ４は，ビームＡ４がセクタ１で消失するように，セクタ１の合成器において破壊的に混合される。
【００３１】
一方，共有も１８０゜カプラに印加されるビームＡ４は，セクタ２に接続される出力端において１８０゜で位相シフトされ，セクタ２の合成器に入力される。１８０゜シフトビームＡ４は，セクタ２の合成器において，１８０゜シフトしたビームＢ４及びセクタ２の他のビーム合成される。したがって，ビームＡ４は，セクタ１からセクタ２に再分配され，即ち，セクタ２のサービス領域が拡大される。
【００３２】
上記説明した作用と同様に，２つのうち，スイッチＡ４がＯＦＦにされ，他のＢ１がＯＮである場合には，ビームＡ４とビームＢ１は，ビームＢ１をセクタ１に再分配するために，セクタ１の合成器において合成される。かかる場合の詳細な説明は，いわゆる当業者には自明であるので，省略する。
【００３３】
多重ビーム複合分散／合成装置の第２実施例の作用によれば，１２本のうち６本は，３セクタ間でのトラヒック負荷分配の変更に適応させるため，各々これらの原セクタ以外のセクタに分配することができ，無線チャンネルの効率が最大化される。
【００３４】
次いで，本発明の第３実施例を説明する。第３実施例においては，各３セクタに対して４本のビーム（３セクタに対して合計１２本のビーム）が使用され，これらがトラヒック分配に基づいて他のセクタに適応的に再分配できるように，１２本の全ビームがセクタ可変である。
【００３５】
図５は，本発明の多重ビーム分散／合成装置の第３実施例のブロック図である。図５の装置５００は，指向性カップリングモジュール５０２，スイッチマトリックスモジュール５０４，終端スイッチマトリックスモジュール５０６，ビーム合成／分散モジュール５０８及び制御手段６００を含む。
【００３６】
指向性カップリングモジュール５０２は，ＲＦビームの部分信号を抽出するため，アレイアンテナ（図示せず）からのＲＦビームを結合する。結合された信号は，多重ビーム分散／合成装置５００の適応ビーム再分配の判断基準として使用され，さらにまた，逆リンクにおけるトラヒック推定に使用することもできる。
【００３７】
スイッチマトリックスモジュール５０４は，指向性カップリングモジュール５０２から好適なセクタへの出力を接続あるいは転換し，指向性カップリングモジュール５０２と終端スイッチマトリックスモジュール５０６との間の信号特性を整合させる。
【００３８】
終端スイッチマトリックスモジュール５０６は，信号が存在しない場合には，スイッチマトリックスモジュール５０４からの信号をその出力端あるいは終端に接続する。さらにまた，スイッチマトリックスモジュール５０４とビーム合成／分散モジュール５０８との間の信号特性を整合させる。
【００３９】
ビーム合成／分散モジュール５０８は，３つのセクタを多重ビームに合成／分配する準備を整えて， ＢＴＳシステムへ／から，伝送／受信した信号特性を整合させる。
【００４０】
制御ユニット６００は，スイッチマトリックスモジュール５０４及び終端スイッチマトリックスモジュール５０６の双方のスイッチ操作を制御し，
これらのスイッチング状態を継続的にモニタリングする。
【００４１】
図６は，図５の多重ビーム分散／合成装置５００の詳細ブロック図である。図６に示すように，指向性カップリングモジュール５０２は，上記判断信号を生成し及び１２本のビームをスイッチマトリックスモジュール５０４に接続するために，３つのアレイアンテナに接続される１２個の入力端子からの１２本のビームを接続する。
【００４２】
スイッチマトリックスモジュール５０４は，１２個のスイッチを有しており，制御ユニット６００の制御下で，指向性カップリングモジュール５０２と終端スイッチマトリックスモジュール５０６間の信号特性を整合させる。さらに，スイッチマトリックスモジュール５０４の各スイッチは，制御ユニット６００の制御下で，２つのセクタへのいずれかのビーム経路を選択する。ビーム経路選択に関して，スイッチマトリックスモジュール５０４の各スイッチは，１つの入力端（指向性カップリングモジュール５０２と接続される）と，異なるセクタに属する２つの終端スイッチと接続される２つの出力端を有する。したがって，各スイッチのスイッチ動作により２つのうち１つのセクタが決定される。
【００４３】
終端スイッチマトリックスモジュール５０６は，２４個の終端スイッチを有しており，制御ユニット６００の制御下で，スイッチマトリックスモジュール５０４とビーム分散／合成モジュール５０８との間の信号特性を整合させる。終端スイッチマトリックスモジュール５０６の各終端スイッチは，２つの入力を有しており，その１つはスイッチマトリックスモジュール５０４と接続され，他は終端負荷と接続される。このように，各終端スイッチの出力は，信号を出力する場合や制御ユニット６００の制御下で終端負荷と接続される場合には，スイッチマトリックスモジュール５０４の対応するスイッチに接続される。終端負荷へのスイッチングは，スイッチマトリックスモジュール５０４，終端スイッチマトリックスモジュール５０６，ビーム分散／合成モジュール５０８のインピーダンス整合だけでなく，システムへの不要なノイズ流入を防止するためのものである。
【００４４】
図５及び図６に示す装置の全要素の説明から分かるように，各セクタのトラヒック負荷は，指向性カップリングモジュール５０２により結合された経路から抽出された信号に基づいて評価され，各セクタの評価されたトラヒック負荷に基づいて，どのように，多重ビームを分散／合成するかが決定される。次いで，制御ユニット６００は，決定された多重ビーム分散／合成方式に応じて，各スイッチングを制御することにより，スイッチマトリックスモジュール５０４と終端スイッチマトリックスモジュール５０６を介して全ての物理的な信号経路を設定する。物理的な信号経路は，セクタの物理的な変更を実行する制御ユニット６００により設定される。
【００４５】
上記説明した実施例において，例えば，ビームの数，セクタの数，１２個のスイッチの構造において，本発明の精神及び範囲から逸脱することなく各種修正及び変形することが可能であることは，いわゆる当業者には明白である。したがって，本発明は，添付したクレーム及びその均等の範囲内でこれらが提供する本発明の修正及び変形をも包含するということである。
【図面の簡単な説明】
添付図面（本発明の更なる理解を提供するために含まれる）は，詳細な説明と共に本発明の好ましい実施例を示し，本発明の原理を説明するために提供され，
【図１】 図１は，本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置により放射される例示的なビームパターンであり，
【図２】 図２は，本発明にかかる多重ビーム分散／合成装置の第１実施例のブロック図であり，
【図３】 図３は，本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム複合分散／合成装置の第２実施例により放射される例示的なセクタ固定及びセクタ可変ビームであり，
【図４】 図４は，本発明にかかる多重ビーム複合分散／合成装置の第２実施例のブロック図である。
【図５】 図５は，本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置の第３実施例のブロック図であり，及び，
【図６】 図６は，図５の多重ビーム分散／合成装置の詳細ブロック図である。
１．技術分野
本発明は，移動通信システムにおいて，各セクタのトラヒック（traffic）負荷分布によって可変的にセクタのサービス領域を調節する移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置に関する。
【０００２】
２．背景技術
移動通信システムにおいて，移動通信基地局（ＢＴＳ）は，オムニ基地局とセクタ基地局に分類される。しかしながら，大部分の基地局は，セクタ基地局型である。セクタ型基地局（ＢＴＳ）においては，そのサービス領域は，３セクタまたは６セクタに分かれる。ＣＤＭＡ基地局におけるセクタ型ＢＴＳは，一般に３セクタ基地局を有する。
【０００３】
セクタ型ＢＴＳは，各セクタに対して固定されたビーム幅を有するアンテナを使用する。このため，セクタのサービス領域の地理的範囲が固定される。しかしながら，トラヒックは，通常，ＢＴＳのセクタ間でアンバランスであるので，最大のトラヒックを処理するセクタに対して十分な周波数資源が分配されている。この結果，トラヒックが少ないセクタにおいては周波数資源の効率が低くなり，トラヒックが集中するセクタにおいては無線チャネル効率が減少してカバレッジ（coverage）が縮少される。このことにより，トラヒック不均衡セクタを有するＢＴＳにおいては，サービス効率低下及び周波数資源管理／維持コストが高騰するなどの問題が発生する。
【０００４】
さらに，セクタが各々固定されたサービス領域を有するＢＴＳにおける３セクタ基地局間で通話負荷分布が変わった場合，かかる状況は手作業で処理される。即ち，運用者はトラヒック負荷分布の変更を適合するために，鉄塔上に設けられたアンテナ方向を好適に変更する。しかしながら，かかる手作業は，非常に危険で煩わしいばかりでなく，アンテナの調整が長時間かかり過ぎる。結果として，手作業メンテナンスは，非効率的である。
【０００５】
３．発明の開示
本発明の目的は，セクタ間のトラヒックの均衡及びＢＴＳの周波数資源の効率的使用を確保するために，トラヒック負荷分布に基づいて，セクタのビームを他のセクタに分配して全ての各サービス領域を調整する移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置を提供することにある。
【０００６】
本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置は，基地局が，各セクタ毎にｍ本の多重ビームを有するｎ個のセクタを有する，移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置において，放射角度が相互に異なる（ｎ×ｍ）本のビームを形成する，多重ビーム形成モジュールと；前記多重ビーム形成モジュールからの（ｎ×ｍ）本のビームを，各々が２つのセクタ間で分配される（ｎ×ｍ）／２本のビームに合成する，１８０゜カプラモジュールと；分配された（ｎ×ｍ）本のビームのうち１つあるいは終端負荷を選択する（ｍ×ｎ）個のスイッチ要素を有する，スイッチモジュールと；分配された（ｎ×ｍ）本のビームの位相を選択的にシフトする，１８０゜位相遷移モジュールと；各セクタに対して（ｍ／２）本のビームを合成する，合成モジュールと；から構成される点に特徴がある。
【０００７】
他の本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置は，基地局が，各セクタ毎にｍ本の多重ビームを有するｎ個のセクタを有する，移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置において，放射角度が相互に異なる（ｎ×ｍ）本のビームを形成する，多重ビーム形成モジュールと；前記多重ビーム形成モジュールが形成した（ｎ×ｍ）本の出力ビームから選択的に（ｎ×ｍ）／２本のビームを２つのセクタに接続するスイッチ要素を有する，スイッチモジュールと；複数のセクタカプラと複数の共通カプラから構成され，前記セクタカプラは，（ｎ×ｍ）／２本のビームを前記スイッチモジュールを介さずに，かつ（ｎ×ｍ）／２本のビームを前記スイッチモジュールを介して合成し，前記各共通カプラは，前記２つのスイッチ要素から２つのビームを合成可能であり，かつ２つのセクタ間で合成されたビームを分配可能である，カプラモジュールと；前記カプラモジュールからの全ての出力を各セクタ毎に合成する，合成モジュールと，からなる点に特徴がある。
【０００８】
他の本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置は，基地局が，各セクタ毎にｍ本の多重ビームを有するｎ個のセクタを有する，移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置において，前記（ｎ×ｍ）本のビームを，各セクタのトラヒック判断基準信号を生成するためにする結合する，カップリングモジュールと；各々が２つのセクタへの各入力を結合することが可能な，（ｎ×ｍ）個のスイッチ要素を有するスイッチマトリックスモジュールと；各々が前記スイッチ要素あるいは終端負荷の出力を選択する，２×（ｎ×ｍ）個の終端スイッチ要素を有する，終端スイッチマトリックスモジュールと；前記終端スイッチマトリックスモジュールからの全ての出力を各セクタ毎に合成する合成モジュールと；前記生成されたトラヒック判断基準信号に基づいて，前記スイッチ要素及び前記終端スイッチ要素のスイッチング操作を個別に制御する制御ユニットと，からなる点に特徴がある。
【０００９】
本移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置は，周波数資源の効率的使用を可能とし，全てのセクタ間のトラヒック均衡を介してメンテナンスの安全性及び便利性が向上する。かかる多重ビーム分散／合成装置は，ビームをスイッチングするのに必要なスイッチの数を低減し，したがって，ビーム変更の安全操作が達成することができる。
【００１０】
５．発明を実施するための最良の形態
以下，本発明を完全に理解するために，好ましい実施例を，添付図面を参照しながら説明する。
【００１１】
まず，本発明の第１実施例に対して説明する。本発明の第１実施例おいては，各セクタに対して４本（３セクターに対して合計１２本）が２つのビームに合成され，合計６ビームが，トラヒック分布に基づいて適応的に３セクタのうち１つに分配される。
【００１２】
即ち，図１に示したように，６ビームは完全なＢＴＳのサービス領域を形成し，ビームの再分配を介してセクタの方向及び幅が調整される。
【００１３】
図２は，本発明にかかる多重ビーム分散／合成装置の第１実施例のブロック図である。図２の装置は，多重ビーム形成モジュール１０２，１８０゜カプラモジュール１０４，スイッチモジュール１０６，１８０゜位相遷移モジュール１０８及び合成モジュール１１０を含む。
【００１４】
多重ビーム形成モジュール１０２は，放射角度が相互に異なる１２本のビームを形成し，それは，図２に示すような３セクタに対する３本の多重ビーム形成器を含む。各多重ビーム形成器から出力された４本のＲＦビームは，２つの１８０゜カプラモジュール１０４に提供される。
【００１５】
６つの１８０゜カプラを有する１８０゜カプラモジュール１０４は，１２本のＲＦビームを６本のＲＦビームに合成する。即ち，１８０゜カプラモジュール１０４における各１８０゜カプラは，各２本のＲＦビームを１本のビームに合成する。そして，全ての１８０゜カプラは，２つの出力信号経路を有し，一方は，その原セクタの信号ポートに接続し，他方は，他のセクタの信号ポートに接続する。
【００１６】
スイッチモジュール１０６は，信号が１８０゜カプラから出力された場合に，１８０゜カプラの出力を選択する。１８０゜カプラモジュール１０４及びスイッチモジュール１０６によれば，各ビームは，３つのセクタのうちの１つに適応的に分配される。１８０゜位相遷移モジュール１０８は，他のセクタからの信号を次の合成モジュール１１０において，建設的に混合するために，他のセクタからのスイッチ受信信号の出力信号の位相をシフトする。
【００１７】
合成モジュール１１０は，多重ビーム形成モジュール１１０からの全ての信号経路上におけるビームの振幅及び位相特性を相互に整合させる。この合成モジュール１１０は，４−ｗａｙ合成器として構成することができる。
【００１８】
多重ビーム分散／合成装置の第１実施例の作用によれば，６本のビームは，各々３セクタ間のトラヒック負荷分布の変化に適応させるために，原セクタ以外のセクタに分配することができ，無線チャンネルは最大化される。
【００１９】
次いで，本発明の第２実施例を説明する。第２実施例においては，各３セクタに対する４本のビーム（３セクタに対して合計１２本のビーム）が使用され，４本のビームは２つの固定ビーム及び２つの可変ビーム（以下，‘適応ビーム’と称する）で構成される。各セクタの２つの適応ビームは，トラヒック分布に基づいて，他のセクタに適応的に再び分配される。
【００２０】
即ち，図３に示したように，１２本のビームは，ＢＴＳの全サービス領域を形成し，６本の固定ビームＡ２，Ａ３，Ｂ２，Ｂ３，Ｃ２，Ｃ３は，これらの原セクタに固定され，他の６本の適応ビームＡ１，Ａ４，Ｂ１，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ４は，セクタ間で可変である。したがって，セクタの方向及び幅は，適応ビームの再分配を介して調整される。
【００２１】
図４は，本発明にかかる多重ビーム分散／合成装置の第２実施例のブロック図である。図４に示す装置は，多重ビーム形成モジュール４０２，スイッチモジュール４０４，１８０゜カプラモジュール４０６及び合成モジュール４０８を含む。
【００２２】
多重ビーム形成モジュール４０２は，その放射角度が相互に異なるように１２本のビームを形成し，図４に示すように３つのセクタに対する３つの多重ビーム形成器を含む。各多重ビーム形成期は，４本のビームが，対応セクタの全てのサービス領域を構築する，相互に異なるサービス領域セルを有するように，アレイセクタから受信した４本のビームを形成する。
【００２３】
本第２実施例のスイッチモジュール４０４は，初期段階で「セクタ可変」として形成されている６本のビームＡ４，Ｂ１，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ４及びＡ１に対して配置された６個のスイッチを有する。多重ビーム形成モジュール４０２の各スイッチは，適応ビームを多重ビーム形成モジュール４０２から受信し，１つの又は双方の原セクタあるいは他のセクタに接続する。
【００２４】
スイッチモジュール４０４内の各スイッチは，２個の出力端と１個の終端負荷を含む。１つの出力端は，入力端との固定接続を有し，他の出力端は，外部制御又はスイッチモジュール４０４の内部制御信号に応じて，選択的に入力端または終端負荷に接続される。即ち，各スイッチは，その原セクタのみの出力ポートに対する単一ビーム経路，あるいはそのセクタ及び他のセクタ双方の２つの経路を形成する。換言すると，各スイッチは，オン（ＯＮ）される場合には２−ｗａｙ分配器として機能し，オフ（ＯＦＦ）される場合には単一ビーム経路として機能する。
【００２５】
スイッチは，ペアで動作するビームポートＡ１，Ａ４，Ｂ１，Ｂ４，Ｃ１及びＣ４に接続する。換言すると，２つのスイッチ，Ａ４とＢ１，Ｂ４とＣ１，及びＣ４とＡ１は，スイッチ動作において連動する。例えば，Ａ４及びＢ１ポートに対する２つのスイッチは，同時にＯＦＦとなり，他がＯＦＦにされた場合は，２つのうち１つがＯＮになる。即ち，各スイッチペアは，他のセクタへの経路を設定せず，あるいはスイッチモジュール４０４の外部ＯＮ／ＯＦＦ制御信号又は内部ＯＮ／ＯＦＦ制御信号のもとで他のセクタへの単一経路のみを設定する。
【００２６】
１８０゜カプラモジュール４０６の各カプラは，２つの入力端と２つ又は１つ（他は終了）の出力端を有し，この出力端は，矩形入力の位相を１８０゜位相シフトし，次いで直接入力と合成する。
【００２７】
合成モジュール４０８は，多重ビーム形成モジュール４０２からの全て信号経路上で，その振幅及び位相特性においてビームを整合させる。合成モジュール４０８は，４−ｗａｙ合成器とすることができる。
【００２８】
第２実施例の作用を，より詳細に例示説明する。
【００２９】
スイッチＡ４，Ｂ１のペアが全てＯＦＦの場合には，２つの適応ビームＡ４，Ｂ１が各々これらの原セクタに固定されるために，他のセクタへのビーム経路は，設立されない。全てのスイッチのペアがＯＦＦである場合には，セクタ型ＢＴＳは，従来のように１２本の固定ビームを有する。
【００３０】
２つのうちスイッチＡ４がＯＮで，他のＢ１がＯＦＦの場合には，ビームＡ４は２−ｗａｙ合成器として機能するスイッチＡ４により分配され，２つの１８０゜カプラ（即ち，セクタ１及び２の間に配置されたセクタ１の１８０゜カプラ及び共通１８０゜カプラ）に，同時に，印加される。
セクタ１の１８０゜カプラに印加されたビームＡ４は，１８０゜シフトされ，共有１８０゜カプラに印加されたビームＡ４においては，位相シフトは発生しない。したがって，分配ビームＡ４は，ビームＡ４がセクタ１で消失するように，セクタ１の合成器において破壊的に混合される。
【００３１】
一方，共有も１８０゜カプラに印加されるビームＡ４は，セクタ２に接続される出力端において１８０゜で位相シフトされ，セクタ２の合成器に入力される。１８０゜シフトビームＡ４は，セクタ２の合成器において，１８０゜シフトしたビームＢ４及びセクタ２の他のビーム合成される。したがって，ビームＡ４は，セクタ１からセクタ２に再分配され，即ち，セクタ２のサービス領域が拡大される。
【００３２】
上記説明した作用と同様に，２つのうち，スイッチＡ４がＯＦＦにされ，他のＢ１がＯＮである場合には，ビームＡ４とビームＢ１は，ビームＢ１をセクタ１に再分配するために，セクタ１の合成器において合成される。かかる場合の詳細な説明は，いわゆる当業者には自明であるので，省略する。
【００３３】
多重ビーム複合分散／合成装置の第２実施例の作用によれば，１２本のうち６本は，３セクタ間でのトラヒック負荷分配の変更に適応させるため，各々これらの原セクタ以外のセクタに分配することができ，無線チャンネルの効率が最大化される。
【００３４】
次いで，本発明の第３実施例を説明する。第３実施例においては，各３セクタに対して４本のビーム（３セクタに対して合計１２本のビーム）が使用され，これらがトラヒック分配に基づいて他のセクタに適応的に再分配できるように，１２本の全ビームがセクタ可変である。
【００３５】
図５は，本発明の多重ビーム分散／合成装置の第３実施例のブロック図である。図５の装置５００は，指向性カップリングモジュール５０２，スイッチマトリックスモジュール５０４，終端スイッチマトリックスモジュール５０６，ビーム合成／分散モジュール５０８及び制御手段６００を含む。
【００３６】
指向性カップリングモジュール５０２は，ＲＦビームの部分信号を抽出するため，アレイアンテナ（図示せず）からのＲＦビームを結合する。結合された信号は，多重ビーム分散／合成装置５００の適応ビーム再分配の判断基準として使用され，さらにまた，逆リンクにおけるトラヒック推定に使用することもできる。
【００３７】
スイッチマトリックスモジュール５０４は，指向性カップリングモジュール５０２から好適なセクタへの出力を接続あるいは転換し，指向性カップリングモジュール５０２と終端スイッチマトリックスモジュール５０６との間の信号特性を整合させる。
【００３８】
終端スイッチマトリックスモジュール５０６は，信号が存在しない場合には，スイッチマトリックスモジュール５０４からの信号をその出力端あるいは終端に接続する。さらにまた，スイッチマトリックスモジュール５０４とビーム合成／分散モジュール５０８との間の信号特性を整合させる。
【００３９】
ビーム合成／分散モジュール５０８は，３つのセクタを多重ビームに合成／分配する準備を整えて， ＢＴＳシステムへ／から，伝送／受信した信号特性を整合させる。
【００４０】
制御ユニット６００は，スイッチマトリックスモジュール５０４及び終端スイッチマトリックスモジュール５０６の双方のスイッチ操作を制御し，
これらのスイッチング状態を継続的にモニタリングする。
【００４１】
図６は，図５の多重ビーム分散／合成装置５００の詳細ブロック図である。図６に示すように，指向性カップリングモジュール５０２は，上記判断信号を生成し及び１２本のビームをスイッチマトリックスモジュール５０４に接続するために，３つのアレイアンテナに接続される１２個の入力端子からの１２本のビームを接続する。
【００４２】
スイッチマトリックスモジュール５０４は，１２個のスイッチを有しており，制御ユニット６００の制御下で，指向性カップリングモジュール５０２と終端スイッチマトリックスモジュール５０６間の信号特性を整合させる。さらに，スイッチマトリックスモジュール５０４の各スイッチは，制御ユニット６００の制御下で，２つのセクタへのいずれかのビーム経路を選択する。ビーム経路選択に関して，スイッチマトリックスモジュール５０４の各スイッチは，１つの入力端（指向性カップリングモジュール５０２と接続される）と，異なるセクタに属する２つの終端スイッチと接続される２つの出力端を有する。したがって，各スイッチのスイッチ動作により２つのうち１つのセクタが決定される。
【００４３】
終端スイッチマトリックスモジュール５０６は，２４個の終端スイッチを有しており，制御ユニット６００の制御下で，スイッチマトリックスモジュール５０４とビーム分散／合成モジュール５０８との間の信号特性を整合させる。終端スイッチマトリックスモジュール５０６の各終端スイッチは，２つの入力を有しており，その１つはスイッチマトリックスモジュール５０４と接続され，他は終端負荷と接続される。このように，各終端スイッチの出力は，信号を出力する場合や制御ユニット６００の制御下で終端負荷と接続される場合には，スイッチマトリックスモジュール５０４の対応するスイッチに接続される。終端負荷へのスイッチングは，スイッチマトリックスモジュール５０４，終端スイッチマトリックスモジュール５０６，ビーム分散／合成モジュール５０８のインピーダンス整合だけでなく，システムへの不要なノイズ流入を防止するためのものである。
【００４４】
図５及び図６に示す装置の全要素の説明から分かるように，各セクタのトラヒック負荷は，指向性カップリングモジュール５０２により結合された経路から抽出された信号に基づいて評価され，各セクタの評価されたトラヒック負荷に基づいて，どのように，多重ビームを分散／合成するかが決定される。次いで，制御ユニット６００は，決定された多重ビーム分散／合成方式に応じて，各スイッチングを制御することにより，スイッチマトリックスモジュール５０４と終端スイッチマトリックスモジュール５０６を介して全ての物理的な信号経路を設定する。物理的な信号経路は，セクタの物理的な変更を実行する制御ユニット６００により設定される。
【００４５】
上記説明した実施例において，例えば，ビームの数，セクタの数，１２個のスイッチの構造において，本発明の精神及び範囲から逸脱することなく各種修正及び変形することが可能であることは，いわゆる当業者には明白である。したがって，本発明は，添付したクレーム及びその均等の範囲内でこれらが提供する本発明の修正及び変形をも包含するということである。
【図面の簡単な説明】
添付図面（本発明の更なる理解を提供するために含まれる）は，詳細な説明と共に本発明の好ましい実施例を示し，本発明の原理を説明するために提供され，
【図１】 図１は，本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置により放射される例示的なビームパターンであり，
【図２】 図２は，本発明にかかる多重ビーム分散／合成装置の第１実施例のブロック図であり，
【図３】 図３は，本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム複合分散／合成装置の第２実施例により放射される例示的なセクタ固定及びセクタ可変ビームであり，
【図４】 図４は，本発明にかかる多重ビーム複合分散／合成装置の第２実施例のブロック図である。
【図５】 図５は，本発明にかかる移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置の第３実施例のブロック図であり，及び，
【図６】 図６は，図５の多重ビーム分散／合成装置の詳細ブロック図である。
Claims (13)
- 基地局が，各セクタ毎にｍ本の多重ビームを有するｎ個のセクタを有する，移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置において，
放射角度が相互に異なる（ｎ×ｍ）本のビームを形成する，多重ビーム形成モジュールと；
前記多重ビーム形成モジュールからの（ｎ×ｍ）本のビームを，各々が原セクタと他のセクタとの２つのセクタ間で分配される（ｎ×ｍ）／２本のビームに合成する，１８０゜カプラモジュールと；
分配された（ｎ×ｍ）本のビームのうち１つあるいは終端負荷を選択する（ｍ×ｎ）個のスイッチ要素を有する，スイッチモジュールと；
分配された（ｎ×ｍ）本のビームの位相を選択的にシフトする，１８０゜位相遷移モジュールと；
各セクタに対して（ｍ／２）本のビームを合成する，合成モジュールと；
から構成されることを特徴とする移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 前記１８０゜カプラモジュールは，原セクタと他のセクタとの間で各合成されたビームを分配する，
ことを特徴とする請求項１に記載の移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 前記スイッチモジュールは，前記合成された（ｎ×ｍ）／２本の各ビームを，単一セクタに選択する，
ことを特徴とする請求項１に記載の移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 前記１８０゜位相遷移モジュールは，前記分配された（ｎ×ｍ）本のビームの半分を建設的に合成するためにシフトし，半分は他のセクタからのものである，
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 基地局が，各セクタ毎にｍ本の多重ビームを有するｎ個のセクタを有する，移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置において，
放射角度が相互に異なる（ｎ×ｍ）本のビームを形成する，多重ビーム形成モジュールと；
前記多重ビーム形成モジュールが形成した（ｎ×ｍ）本の出力ビームから選択的に（ｎ×ｍ）／２本のビームを２つのセクタに接続するスイッチ要素を有する，スイッチモジュールと；
複数のセクタカプラと複数の共通カプラから構成され，前記セクタカプラは，（ｎ×ｍ）／２本のビームを前記スイッチモジュールを介さずに，かつ（ｎ×ｍ）／２本のビームを前記スイッチモジュールを介して合成し，前記各共通カプラは，前記２つのスイッチ要素から２つのビームを合成可能であり，かつ２つのセクタ間で合成されたビームを分配可能である，カプラモジュールと；
前記カプラモジュールからの全ての出力を各セクタ毎に合成する，合成モジュールと，
からなり，
前記カプラモジュールは，定常的に前記（ｎ×ｍ）／２本のビームを各々原セクタに直接伝送し，他の（ｎ×ｍ）／２本のビームを原セクタ及び他のセクタの双方に同時に伝送可能であることを特徴とする移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 前記カップリングモジュールは，前記分配されたビームのうち１つを各スイッチ要素により原セクタに位相シフトなしで伝送し，
他の分配されたビームは，１８０°位相シフトして原セクタに伝送し，
さらに，前記１つのビームは，他のセクタに１８０°位相シフトして伝送される，
ことを特徴とする請求項５に記載の移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 前記スイッチ要素は，オン信号が印加された場合に入力ビームを前記セクタカプラ及び前記共有カプラに同時に出力し，かつ，オフ信号が印加された場合に前記セクタカプラのみに入力ビームを出力する，
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 前記合成モジュールは，さらに，
前記多重ビーム形成モジュールからの全ての信号経路上における振幅及び位相特性が相互に整合するように合成する，
ことを特徴とする請求項５に記載の移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 基地局が，各セクタ毎にｍ本の多重ビームを有するｎ個のセクタを有する，移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置において，
前記（ｎ×ｍ）本のビームを，各セクタのトラヒック判断基準信号を生成するためにする結合する，カップリングモジュールと；
各々が２つのセクタへの各入力を結合することが可能な，（ｎ×ｍ）個のスイッチ要素を有するスイッチマトリックスモジュールと；
各々が前記スイッチ要素あるいは終端負荷の出力を選択する，２×（ｎ×ｍ）個の終端スイッチ要素を有する，終端スイッチマトリックスモジュールと；
前記終端スイッチマトリックスモジュールからの全ての出力を各セクタ毎に合成する合成モジュールと；
前記生成されたトラヒック判断基準信号に基づいて，前記スイッチ要素及び前記終端スイッチ要素のスイッチング操作を個別に制御する制御ユニットと，
からなることを特徴とする移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 各スイッチ要素は，前記制御ユニットのスイッチング制御に応じて，ビーム経路を原セクタあるいは他のセクタに設定する，
ことを特徴とする請求項９に記載の移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 各終端スイッチ要素は， 前記制御ユニットのスイッチング制御に応じて，前記スイッチ要素と前記合成モジュールとの間のビーム経路を設定し，あるいは前記合成モジュールの入力を終了させる，
ことを特徴とする請求項９に記載の移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。 - 前記終端負荷は，前記スイッチマトリックスモジュールと前記合成モジュールとの間のビーム経路を遮断することにより不要なノイズ流入を遮断するために接続される，ことを特徴とする請求項９に記載の移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。
- 前記合成モジュールは，基地局システムに／から，伝送／受信した信号の特性を整合させる，ことを特徴とする請求項９に記載の移動通信システムの多重ビーム分散／合成装置。
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