JP4262600B2 - マルチポイント通信環境におけるビーム形成のためのシステムおよび関連方法 - Google Patents

Description

本発明は一般にワイヤレス通信システムの分野に関し、より詳細には、マルチポイント通信環境におけるビーム形成のためのシステムおよび関連方法に関する。

ワイヤレス通信システムは新しいものではない。実際に、双方向ラジオ技術は２０世紀初頭にさかのぼるが、その子孫である携帯電話システムは、７０年代早期に初めて導入された。従来のワイヤレス通信システムでは、ワイヤレス通信局が、ワイヤレス通信リンクを介したリモート通信デバイス（例えば、ワイヤレス加入者ユニット、モバイル・コンピューティング・デバイスなど）とのワイヤレス通信を行っている。この技術が発展し、このようなワイヤレス通信デバイスに負うべき、またこれを使用することに関連するコストが下がっているので、ワイヤレス電話システムの普及が爆発的に増加している。加入者ベースにおけるこの成長に対処するため、デジタル・セルラー技術が開発および標準化されて、システム内で生成される無線周波数（ＲＦ）電力が比例して増加することなく、セルラー・システムのユーザ容量が増加した。

初期には、個々の通信チャネルが搬送周波数、すなわち、いわゆる周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）ワイヤレス・システムとして定義された。より最近では、いくつかの異なるデジタル・ワイヤレス通信技術が導入されており、これらはいくつかのワイヤレス通信システム・アーキテクチャのための基礎を提供している。デジタル・ワイヤレス技術の２つの主な例は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）や符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）技術である。

ＴＤＭＡシステムでは、搬送周波数が時間の独立した増分単位に分解され、これはタイムスロットと呼ばれ、搬送周波数での各タイムスロットが、加入者ユニット（または、ハンドセット）と通信局（または、基地局）の間の独立した通信セッションをサポートしている。すなわち、従来のアナログ（ＦＤＭＡ）通信システムにおける通信チャネルは一般にその搬送周波数によって定義されるが、ＴＤＭＡシステムにおける通信チャネルは特有の搬送周波数におけるタイムスロットによって定義される。所与の搬送周波数をＮ個の独立したタイムスロットに切り分けると、結果として、放射電力における名目上の増加のみで、システム容量において従来のＦＤＭＡシステムよりＮ倍の増加となる。実際には、容量における２から８倍の増加が達成されている。

ＣＤＭＡシステムでは、通信チャネルが、加入者ユニットと通信局の間で渡されたデジタル通信パケットのヘッダに含まれた擬似雑音（ＰＮ）コードによって定義される。さらにシステム容量を増すために、ＣＤＭＡシステムはスペクトラム拡散システムであり、通信チャネル（ＰＮコードによって定義される）は、いくつかの搬送周波数のいずれかを通じて、割り当てられたバンドの無線周波数（またはそれより高い）スペクトラムを介して、ホップする。

特に、１つまたは複数のエンティティの位置がコントロールされておらず、移動するとき、いずれかの２つの通信エンティティの間でのワイヤレス通信リンクが通信チェーンの最も弱い部分となることが多いのは、当業者には理解されよう。このような状況下で、無線リンクは、エンティティの間の距離が増すにつれて、また、障害が信号伝搬の物理パスにおいて発生するとき、弱くなる。さらに、上述の多元アクセス通信システム（例えば、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡなど）では、搬送周波数の再使用が使用されて、いくつかの地理的に分散されたユーザの間の通信セッションがサポートされる。このような同一チャネル・ユーザは、それらの各通信セッションが互いを干渉しないように、十分な距離によって地理的に分離されるように仮定されている。周波数の再使用におけるこの地理的分離の制約はシステムの容量を制限し、しばしば干渉に対する不完全な保護となる。

アダプティブ・アレイ技術は、このような無線周波数（ＲＦ）ネットワークにおけるパフォーマンスの増加を提供し、これは、１つまたは複数のエンティティからの無線伝送のための多数のアンテナを使用し、アレイ内の各アンテナから伝送された信号の相対位相および振幅のうち１つまたは複数をコントロールして、ＲＦエネルギーを所望の受信者に向けて、かつ同一チャネル・ユーザから離れて、空間的に送ることによって行う。

この技術は、通信リンクが、ポイントツーポイント・リンク、すなわち、従来の双方向通信システムなどにおける単一のユーザ端末と基地局の間の通信専用のワイヤレス通信チャネルであるとき、大変有効である。しかし、ますます多数となるワイヤレス通信の実施態様では、通信リンクの複数の目的とする受信者が存在し、その各々が信号を受信できるべきである。まさにこのような実施態様の一例は、汎用パケット無線サービス、またはＧＰＲＳである。

ＧＰＲＳは、最初に思われたように、ＴＤＭＡベースのワイヤレス通信システムを介して実施され、最大８つの異なるユーザが通信チャネルを選択的に共有することができることは、当業者には理解されよう。エンドユーザの観点から、ＧＰＲＳ使用可能通信局によって管理されたＧＰＲＳサービスは、ＴＤＭＡシステムの回線交換通信リソースを利用して仮想パケット交換網を形成している。ＧＰＲＳなど、パケットベースの通信システムは、通信リンクを介したサービスへのいわゆる「常時」接続を容易にすることは、当業者には理解されよう。ほとんどの従来のアダプティブ・アレイ技術がポイントツーポイント通信リンクとの関連で導出されたので、双方向、マルチポイント、または「ブロードキャスト」システムは、アダプティブ・アレイ技術の実施態様に適用できなかったと考えられている。

したがって、一般に従来技術のブロードキャスト・システムに関連する制限によって妨げられない、ブロードキャスト・ワイヤレス通信システム内のアダプティブ・アレイ技術を可能にするシステムおよび関連方法が必要とされる。まさにこのようなシステムおよび関連方法を以下で開示する。

マルチポイント通信環境におけるビーム形成のためのシステムおよび関連方法を提示する。本発明の一態様によれば、方法は、ワイヤレス通信システムにおける複数の各ターゲットに関連付けられた、１つまたは複数の空間シグネチャ属性を識別すること、および、複数のターゲットの１つまたは複数をクラスタに、少なくとも部分的には、識別された１つまたは複数の空間シグネチャ属性に基づいて割り当てることを含み、クラスタをポピュレートするターゲットはそれぞれワイヤレス通信チャネルを共有するようになる。

本発明を、例として、限定としてではなく、添付の図面の図において例示し、図面において、類似の参照番号は類似の要素を指す。
図１は、ワイヤレス通信システムの一実施例のブロック図である。
図２は、本発明の教示を組み込む、ユーザ端末および／または通信局において使用するために適切な、革新的マルチポイント通信エージェントを含む、トランシーバの一実施例のブロック図である。
図３は、マルチポイント通信環境において使用するために適切な、データグラムの一実施例のグラフィカル例示の図である。
図４は、マルチポイント通信エージェントによって使用するために適切な、データ構造の一実施例のブロック図である。
図５は、本発明の一態様による、マルチポイント通信環境におけるビーム形成の方法の一実施例の流れ図である。
図６は、本発明の一態様による、ビーム形成のためにターゲットを動的にクラスタ化する方法の一実施例の流れ図である。
図７は、本発明の実施のもう１つの実施形態による、ビーム形成のためにターゲットを動的にクラスタ化する方法の一実施例の流れ図である。
図８は、本発明の一態様による、デュアル・ビーム形成の方法の一実施例の流れ図である。
図９は、本発明の一態様による、トランシーバから、クラスタを形成するターゲットの動的に選択されたセットへの、ワイヤレス通信リンクを表すビームをグラフィカルに例示する図である。
図１０は、本発明の一態様による、トランシーバから少なくとも２つのクラスタへのワイヤレス通信リンクを表すデュアル・ビームをグラフィカルに例示する図である。
図１１は、本発明の代替実施形態による、実行されるとき、アクセス側マシンに本発明の革新的通信エージェントの１つまたは複数の態様を実施させる、複数の実行可能命令を含む記憶媒体の一実施例のブロック図である。

本発明は、マルチポイント通信環境、すなわち、多数のターゲットが物理通信リソースを動的に共有する環境における、ビーム形成のためのシステムおよび関連方法を対象とする。一実施形態によれば、本発明の教示は、ＴＤＭＡワイヤレス通信システムで実現されたＧＰＲＳシステムとの関連で示される。これについて、以下でより十分に説明される本発明の一態様によれば、マルチポイント通信エージェントが導入される。これはクラスタ化エンジンおよび／またはビーム形成エンジンのうち１つまたは複数を含むように提示される。以下でより十分に説明される本発明の一実施形態によれば、クラスタ化エンジンが選択的に呼び出されて、通信リンクを形成しようとする１つまたは複数のターゲットの空間シグネチャ属性が解析される。空間シグネチャ属性が与えられると、ターゲットがクラスタにグループ化され、クラスタ空間シグネチャが展開(develope)される。

クラスタ空間シグネチャが展開された後、ビーム形成エンジンが選択的に呼び出されて、送信された信号に加えられる重み値が生成されて、送信側通信エンティティとクラスタのターゲットの間の通信リンク・ビームが確立される。本発明のもう他の態様によれば、ビーム形成エンジンは、空間シグネチャに関するある情報があり、かつ同じ信号の同時伝送が望ましいターゲットへのマルチノード・ワイヤレス通信リンク・ビームを選択的に生成する。一実施形態によれば、ビーム形成エンジンは、ワイヤレス通信リンクの同時受信から利益を得ることができる多数のターゲットを識別し、（アレイ内の各アンテナに関連付けられた）重み値を与えてマルチノード・ビームを生成し、識別された各ターゲットへの通信リンクを確立する。本発明の教示は、ワイヤレス・データ・サービス環境におけるアダプティブ・アンテナ技術を容易にし、それに関してＧＰＲＳデータ・サービス・システム内の実施態様に十分適していることは、当業者には理解されよう。

本明細書の全体にわたって「一実施形態」または「実施形態」への参照は、その実施形態に関連して記載された特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体にわたって様々な場所における「一実施形態では」または「実施形態では」という句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を参照しているとは限らない。さらに、特徴、構造または特性を、１つまたは複数の実施形態においていかなる適切な方法においても組み合わせることができる。

（ワイヤレス通信システムの実施例）
図１は、本発明の一実施形態による、本発明の教示を実施することが可能である通信システム１００の一実施例のブロック図を提供する。図１に例示した実施形態によれば、通信システム１００は、少なくともワイヤレス通信システム・コンポーネント１０２を含む。これは、１つまたは複数のワイヤレス通信リンク１１０、１１２をそれぞれ通じてワイヤレス通信局１１４に結合された、１つまたは複数のユーザ端末１０６、１０８を含む。一実施形態によれば、ワイヤレス通信システム・コンポーネント１０２は１つまたは複数のワイヤライン・ネットワーク１０４に結合されて、ワイヤライン加入者ユニット１１６、１２０との通信を行うことができる。加えて、ワイヤレス通信システム１０２を１つまたは複数のデータ・ネットワーク１２２に結合して、例えばデータ・サービス・プロバイダ１２４からのエンハンスド・データ・サービスの配信を受けることが可能である。

一実施形態によれば、ワイヤレス通信システム１０２は時分割多元接続（ＴＤＭＡ）通信プロトコルをワイヤレス通信サービスの配信において使用し、そこでは通信チャネルが搬送周波数内のタイムスロットとして定義される。通信側エンティティ１０６、１０８および１１４の間のワイヤレス通信を行うために、このような各エンティティは少なくとも１つのトランスミッタおよび１つのレシーバを含む。これらはトランシーバ内で結合されていてもよい。図のように、ある通信側エンティティが多数のトランシーバを含んで、多数の同時通信リンク、例えば、トランシーバ１１６Ａ．．．Ｎを有する通信局１１４を構成することが可能である。ワイヤレス音声通信サービスの配信に加えて、ワイヤレス通信システム１０２は、ＴＤＭＡパラダイムによる汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）など、エンハンスド・データ・サービスを配信することもできる。本発明の特徴を、ＧＰＲＳを提供するＴＤＭＡベースのワイヤレス通信システムとの関連内で説明するが、本発明の教示は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、いくつかの多数のアクセス・ワイヤレス技術（例えば、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡなど）のいずれかを使用した多数のターゲットへのいかなる情報（データ、音声など）の配信にもより幅広く適用可能であることは、当業者には理解されよう。

本明細書で使用されるとき、ユーザ端末１０６、１０８は、ワイヤレス通信のために構成された幅広い種類の電子機器のいずれをも表すように意図され、これには例えば、ワイヤレス・テレフォニー加入者ユニット、ワイヤレス可能コンピューティング・デバイスなどが含まれる。一実施形態によれば、１つまたは複数のユーザ端末１０６、１０８に、以下でより十分に論じるマルチポイント通信エージェントが与えられて、多数のターゲット（すなわち、双方向通信が確立される相手のエンティティ）との双方向ワイヤレス通信リンクが確立される。

同様に、通信局１１４（基地局とも呼ばれる）は、少なくともＴＤＭＡワイヤレス通信をサポートする幅広い種類の通信局のいずれをも表すように意図される。図のように、通信局１１４には１つまたは複数のワイヤレス・トランシーバ（トランスミッタ／レシーバの組合せ）が与えられて、ワイヤレス通信リンクを使用した他の通信エンティティ（例えば、加入者ユニット、ワイヤレス電子機器、他の基地局など）とのワイヤレス通信を行うことができる。例示の実施形態によれば、このようなトランシーバ１１６Ａ．．．Ｎの少なくとも１つはＴＤＭＡトランシーバである。一実施形態によれば、ＴＤＭＡトランシーバの少なくとも１つはＧＰＲＳ機能を含んで、１つまたは複数の要求側ユーザ端末１０６、１０８への汎用パケット無線サービスをサポートする。

図１に示す従来のポイントツーポイント通信リンク１１０、１１２に加えて、ワイヤレス通信システム１０２のある通信エンティティ（たとえば、通信局、ユーザ端末など）は、マルチポイント通信リソースを含んで、１つまたは複数のクラスタへの通信リンク・ビームを確立することができる。各クラスタは１つまたは複数のターゲットを含む。すなわち、以下でより十分に説明および例示するように、ワイヤレス・ユーザ端末１０６、１０８および／または通信局１１４を構成する１つまたは複数のトランシーバは、マルチポイント通信エージェントを含み、各クラスタに対する空間シグネチャに従って生成された通信リンク・ビームを使用して、１つまたは複数のクラスタ内の１つまたは複数のターゲットへの同時伝送を行うことができる。一実施形態によれば、後述のマルチポイント通信エージェントは、例えばデータ・サービス・プロバイダ１２４からユーザ端末１０６、１０８への、データ・ネットワーク１１２や通信局１１４をそれぞれ介した、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）データ・サービスを行う。

ワイヤレス通信システム・トランシーバの実施例
上の動作環境を導入した後、図２は、本発明の一実施形態による、革新的マルチポイント通信エージェントを組み込んだ通信システム・トランシーバ２００の一実施例のブロック図を例示する。トランシーバが示された図２に例示した実施形態は、コントロール・ロジック２０２、メモリ２０４、少なくとも１つのトランスミッタ２０６、少なくとも１つのレシーバ２０８、クラスタ化エンジン２１２とビーム形成エンジン２１４とを含むマルチポイント通信エージェント２１０、１つまたは複数のアンテナ２１６Ａ・・・Ｎを含み、さらにオプショナルで、図のようにそれぞれ結合された１つまたは複数のアプリケーション２０９を含む。マルチポイント通信エージェント２１０とその構成要素の導入を別にすれば、トランシーバ２００は、当技術分野で知られている幅広い種類のトランシーバ・システムのいずれをも表すように意図されている。トランシーバ２００をユーザ端末（例えば、１０６、１０８）および／または通信局（例えば、１１４）内に統合することが可能である。上で導入した例示の実施形態によれば、トランシーバ２００はＴＤＭＡトランシーバであり、ＧＰＲＳ機能を含むことが可能である。代替態様では、トランシーバ２００はＦＤＭＡおよび／またはＣＤＭＡトランシーバである。

本明細書で使用するとき、コントロール・ロジック２０２は、トランシーバ２００の動作全体を制御する。一態様では、例えば通信局１１４内で、コントロール・ロジック２０２はより高位のアプリケーションやコントロール・ロジックに応答することが可能である。代替態様では、例えばユーザ端末内で、コントロール・ロジック２０２はより高位のアプリケーション、コントロール・ロジック、またはユーザ入力に直接応答することができる。いずれの場合も、コントロール・ロジック２０２はトランシーバの通信リソースを制御して、１つまたは複数のターゲットおよび／またはターゲットの１つまたは複数のクラスタとのワイヤレス通信リンクを確立する。これについて、コントロール・ロジック２０２は、当技術分野で知られている幅広い種類のコントロール・ロジックのいずれをも表すように意図され、これは例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などである。別法として、コントロール・ロジック２０２を、コンピューティング機器によって実行されるとき、本明細書で説明するコントロール機能を実施するコンテンツにすることが可能である。

アプリケーション２０９は、コントロール・ロジック２０２によってある機能を行うために実行可能である複数のコンテンツのいずれをも示すように意図されている。これについて、アプリケーション２０９は、実行されるとき、トランシーバ２００にワイヤレス通信機能を与えるか、あるいはトランシーバの多重アクセス・スキーマ（例えば、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡなど）を定義する、一連の実行可能命令を表すことが可能である。代替態様では、マルチポイント通信エージェント２１０の態様、例えば、クラスタ化エンジン２１２またはビーム形成エンジン２１４が、一連の実行可能命令として実装され、したがって、全体としてアプリケーション２０９として示される。本発明の教示をこのようなアプリケーション２０９なしに実施することが可能であることは明らかであろう。

メモリ２０４もまた、当技術分野で知られている幅広い種類のメモリおよび／または記憶デバイスのいずれをも表すように意図される。一態様によれば、メモリ２０４は、メモリ・コントローラならびに１つまたは複数の揮発性および不揮発性メモリ・デバイス（特に図示せず）を含む、メモリ・システムを表すように意図されている。一態様によれば、以下でより十分に説明されるように、メモリ２０４は、マルチポイント通信エージェント２１０のマルチポイント通信機能を可能にする情報を含むデータ構造を維持している。メモリ２０４を、他の通信リソース、および／または、トランシーバ２００のアプリケーション２０９のサポートに使用することもできる。

マルチポイント通信エージェント２１０との相互動作を別にすれば、トランスミッタ２０６およびレシーバ２０８の各々は、一般に当技術分野で知られているこのようなデバイスまたはシステムを表すように意図されている。トランスミッタ２０６は、入力／出力デバイス（特に図示せず）からコントロール・ロジック２０２を通じて送信される情報を受信し、この情報を、使用された通信スキームに従って処理し、この情報を、１つまたは複数のアンテナ２１６を通じてリモート・ターゲットに送信する。レシーバ２０８は、送信された信号をアンテナ２１６を介して受信し、受信された信号を処理してベースバンド信号を生成し、入力／出力デバイス（図示せず）にコントロール・ロジック２０２を介して提供する。上で導入した例示の実施形態によれば、トランスミッタ２０６とレシーバ２０８はそれぞれＴＤＭＡトランスミッタとレシーバを表すように意図されている。

上で導入したように、マルチポイント通信エージェント２１０により、トランシーバが単一の通信チャネル（例えば、ダウンリンクチャネル（タイムスロット／周波数））を介して多数のターゲットと通信できるようになる（すなわち、マルチポイント通信）。例示の実施形態では、クラスタ化エンジン２１２および／またはビーム形成エンジン２１４のうち１つまたは複数を含むマルチポイント通信エージェント２１０が示されている。上で導入したマルチポイント通信を行うために、マルチポイント通信エージェント２１０はターゲットのセット（例えば、ユーザ端末、通信局など）を識別し、これらのターゲットをクラスタにグループ化し、クラスタに対して空間シグネチャを展開する。空間シグネチャが決定された後、マルチポイント通信エージェント２１０はワイヤレス通信リンク・ビームパターンを形成して、共通信号をターゲット・クラスタ内の各ターゲットに送信する。以下でより十分に説明される本発明の一態様によれば、マルチローブ・ビームパターンが生成され、１つの（または複数の）ローブは通信チャネル上の現在の信号の目的とする受信者専用であり、別の（１つまたは複数の）ローブは通信チャネルの次のインスタンス上の信号の受信者専用である。上で導入した例示の実施形態によれば、マルチポイント通信エージェント２１０は、多数のターゲットのためのエンハンスド・データ・サービスを行う。したがって、限定ではなく説明を行うため、本発明の教示は、ワイヤレス通信チャネルを使用してＧＰＲＳサービスをターゲットに配信することに関連してより十分に説明される。このような一実施形態では、最大８個のターゲットが、ＴＤＭＡの態様の多数の搬送周波数の８個のタイムスロットの中から同じタイムスロット／周波数分配を共有することができる。以下に続く説明から、本発明の教示は、例えばＦＤＭＡおよび／またはＣＤＭＡアーキテクチャなど、他のワイヤレス通信スキームに容易に移植可能であることは、当業者には理解されよう。

本発明の一実施形態によれば、クラスタ化エンジン２１２は、信号を送ろうとする目的のターゲットを識別し、これらを１つまたは複数のクラスタに、少なくとも部分的には、目的のターゲットの空間シグネチャ属性に基づいてグループ化する。一態様によれば、空間シグネチャ属性は、所与のターゲットからの信号の到来角を含む。他の、場合によってはより進んだ態様では、ターゲットのパフォーマンス特性がアンテナ２１６で測定され、クラスタ化エンジン２１２によって空間シグネチャ属性として使用される。空間シグネチャ属性が与えられると、クラスタ化エンジン２１２は、どのターゲットが互いに最も近接しているかを決定し、これらのターゲットを近接空間シグネチャのクラスタにグループ化する。ターゲットの各クラスタ内で、クラスタ化エンジン２１２は全体としてクラスタについての空間シグネチャを展開し、信号「重み」を展開し、これらがビーム形成エンジン２１４によって加えられて、クラスタ内のターゲットへのビームパターンが生成される。すなわち、クラスタ化エンジンは、いくつかのユーザ／ターゲットについての空間シグネチャを展開する。経時的に、クラスタ化エンジン２１２はあるクラスタ内のターゲットを同じ物理チャネルに割り振りおよび再割り振りし、異なるクラスタ内のターゲットを異なる物理チャネルに割り振る。一態様によれば、クラスタ化エンジン２１２は様々なクラスタ内のターゲットの空間シグネチャ属性を監視し続け、それらの空間シグネチャ属性が、その元の物理チャネルを共有するターゲットよりもその占有ターゲットのクラスタに著しく近接するようになる場合、これらのターゲットを異なる物理チャネルに再割り振りする。一態様によれば、クラスタ化エンジン２１２は、エンハンスド・データ・サービス（例えば、ＧＰＲＳサービス）の配信に適用された物理チャネルの数を修正し、それに応じてクラスタのグループ化を修正することが可能である。クラスタ化エンジン２１２の特徴を概して導入した後、全体的な発明のプロセスを実施することが可能であるいくつかの方法があることは、当業者には理解されよう。１組のこのようなプロセスを以下で図６および７を参照してより十分に詳述する。

ターゲットのクラスタが形成された後、コントロール・ロジック２０２はビーム形成エンジン２１４のインスタンスを選択的に呼び出して、展開された重みを伝送信号に加え、クラスタ内のターゲットへのワイヤレス通信リンクのための信号ビームパターンを生成する。一実施形態によれば、ビーム形成エンジン２１４は線形フィルタを含む。フィルタは重み値を受け入れ、アンテナ２１６の１つまたは複数から送信された信号に加えられた減衰および位相を所望のビームパターンとするように調整する。代替態様では、デジタル信号プロセッサを使用して空間ビームパターンを修正する。いずれの場合も、ビーム形成エンジン２１４は、送信されたシグネチャを選択的に修正して、同じ信号の多数のターゲットへのワイヤレス通信リンクを効果的に確立する。

上記のことは、マルチポイント通信エージェント２１０が、通信エンティティが単一の最適化されたビームパターンにより、物理チャネルを共有するターゲットのグループに向けて送信するのに特に有用であることは、当業者には理解されよう。このような最適化されたビームパターンは、ターゲットによって受信されたエネルギーを効果的に増加させると同時に、全体の送信エネルギー、または目的としないターゲットによって受信されるエネルギーを低減させる。

（データ構造の実施例）
図３は、本発明の教示により使用するために適切なデータグラムをグラフィカルに例示する。上で導入したように、本発明の一実施形態は、例えば、ＧＰＲＳシステムなど、ワイヤレス・データ・ネットワークのサポートにおけるものである。ワイヤレス通信信号の目的のターゲットを識別するために、クラスタ化エンジン２１２は、このようなターゲットを識別するために送信される信号の少なくともサブセットを解析する。上で導入したＧＰＲＳの態様によれば、クラスタ化エンジン２１２は、送信のために受信されたパケットのコンテンツの少なくともサブセットを解析して、ターゲットの識別におけるパケットのための、またクラスタの展開（クラスタに取り込むこと）において使用するための、ターゲットを識別する。クラスタ化エンジン２１２に従って使用するために適切なパケットの一実施例、またはデータグラムを、図３を参照して提示する。

図３に例示した実施形態によれば、データグラム３００は少なくともターゲット識別情報３０２とペイロード・データ３０４を含む。一実施形態によれば、ターゲット識別情報３０２は少なくとも宛先識別子３０６を含む。本明細書で使用するとき、宛先識別子３０６は、ターゲットおよび／またはターゲットのクラスタをクラスタ化エンジン２１２に一意に識別させるいくつかの情報のいずれかを含めばよい。一実施形態によれば、例えば、宛先識別子は、宛先アドレス、電子シリアル・ナンバー、電話番号、メディア・アクセス・コントロール（ＭＡＣ）アドレスなどのうち１つまたは複数を含む。このような識別子は英数字文字および／または非英数字文字からなることが可能であることは、当業者には理解されよう。

以下でより十分に説明される一実施形態によれば、ターゲット識別情報は、後続宛先識別子フィールド３０８も含む。本発明のこの態様によれば、クラスタ化エンジン２１２は、後続宛先識別子フィールド３０８に与えられている情報から特定のチャネルの次のターゲット／クラスタを識別し、そのターゲット／クラスタの空間シグネチャも展開する。次いで、ビーム形成エンジン２１４は後続宛先フィールド３０８内の情報によって示されたターゲット／クラスタを含むビームパターン（言うまでもなく、これは多数のローブを含むことができる）を送信する。

図４は、本発明の一実施形態による、クラスタ化情報を維持するためのデータ構造の一実施例をグラフィカルに例示する。図４に例示した実施形態によれば、データ構造４００がターゲット識別子フィールド４０２、クラスタ識別子フィールド４０４、減衰フィールド４０６、位相フィールド４０８および空間シグネチャ属性フィールド４１０を含むように示されている。一実施形態によれば、この情報が複数の各アンテナ４１２ごとに維持される。ターゲット識別子フィールド４０２は特定のターゲットを示す情報を含み、上述のように、電子シリアル・ナンバー、電話番号、ＭＡＣアドレス、インターネット・プロトコル（ＩＰ）アドレスなどを含む。クラスタ情報フィールド４０４は、どのクラスタにターゲットが割り当てられるかを示す。例示の実施例の実施形態によれば、減衰および位相フィールド４０６、４０８は、クラスタ化エージェント２１２によって、少なくとも部分的には、ターゲットおよびアンテナに関連付けられた識別された空間シグネチャ属性に基づいて展開された、重み値の要素を含む。代替態様では、単一の値が重み値のために使用され、重み値がビーム形成エンジン２１４によって解釈されて、伝送信号属性の１つまたは複数（例えば、減衰および位相）が修正される。空間シグネチャ属性フィールド４１０は、アンテナ２１６で各ターゲットを識別する情報を含む。一態様によれば、属性情報は信号属性情報（例えば、到来角など）を含むが、代替態様では、属性情報はターゲット・パフォーマンス情報（例えば、ＳＩＮＲ、ＢＥＲ、ＦＥＲ、ＲＳＳＩなど）をも含む。

本明細書で使用されるとき、通信エージェント２１０の前述のモビリティ管理機能を実現するために使用されるデータ構造のサイズおよび複雑さは、エージェントが配置されるネットワーク要素によって決まる。本明細書で使用されるとき、データ構造４００は、マルチポイント通信エージェント２１０のメモリ要素（図示せず）内、またはトランシーバ２００自体のメモリ２０４内で維持される。

（実施形態および動作）
本発明の動作およびアーキテクチャの要素を上で導入した後、参照は次に図５〜１０を対象とする。ここで本発明の態様がより詳細に説明される。

（マルチポイント通信環境における通信を容易にする）
図５は、マルチポイント通信環境において通信リソースを確立し、促進させるための方法の一実施例の流れ図を例示する。すなわち、図５は、本発明の一態様により、トランスミッタと多数のターゲットの間の双方向通信リンクを確立して、例えば、ＧＰＲＳの仮想パケット交換網環境におけるエンハンスド・データ・サービスの配信を行うための方法を例示する。上で導入したように、仮想パケット交換網のサポートにおいて物理通信リソースを共有するために、通信エージェント２１０は、類似の空間シグネチャを有する（例えば、ＧＰＲＳ）サービスのターゲットをクラスタ化し、アダプティブ・アンテナ技術を使用して、各クラスタとの通信リンクを選択的に確立する。

図５に例示した実施形態によれば、この方法はブロック５０２で開始し、トランシーバ２００がワイヤレス通信リンクのための１つまたは複数のターゲットを識別する。上で導入したように、一実施形態によれば、クラスタ化エンジン２１２はこのようなターゲットを、例えばデータグラム３００のターゲット識別情報の解析を通じて識別する。

ブロック５０４で、通信リンクのための１つまたは複数のターゲットを識別した後、トランシーバ２００のマルチポイント通信エージェント２１０が、トランシーバによってサービスされるターゲットの少なくともサブセットに対して空間シグネチャを識別する。より詳細には、一実施形態によれば、クラスタ化エンジン２１２は１つまたは複数の空間シグネチャ属性を１つまたは複数の各アンテナ２１６で識別し、これは例えば、信号属性（例えば、到来角）および／またはターゲット・パフォーマンス情報（例えば、ＲＳＳＩ、ＳＩＮＲ、ＳＮＲ、ＢＥＲ、ＦＥＲなど）などである。

ブロック５０６で、ターゲットの少なくともサブセットに対する空間シグネチャ属性を識別した後、クラスタ化エンジン２１２が１つまたは複数のターゲットをターゲットのクラスタに、少なくとも部分的には、識別された空間シグネチャ属性の１つまたは複数に基づいてグループ化する。一実施形態によれば、類似の空間シグネチャ属性を有するターゲットは共に単一のクラスタにグループ化される。クラスタ内の各ターゲットは同じ情報を、同じ物理チャネル（タイムスロット／周波数の組合せ）を介して受信する。

ブロック５０８で、クラスタ化エンジン２１２が１つまたは複数の各クラスタの空間シグネチャを展開する。各クラスタは、少なくとも部分的には、構成ターゲットの空間シグネチャ属性に基づいて１つまたは複数のターゲットを含む。すなわち、クラスタ化エンジン２１２は「クラスタ」空間シグネチャを、少なくとも部分的には、クラスタを含むターゲットの少なくともサブセットの空間シグネチャ属性に基づいて展開する。クラスタ空間シグネチャから、クラスタ化エンジン２１２は、従来のビーム形成技術に従って通信リンクの伝送を空間的にクラスタ内のターゲットに向けて送るために使用するための、重み値を展開する。

ブロック５１０で、クラスタ化エンジン２１２が重み値をビーム形成エンジン２１４に提供し、これが重み値を伝送信号に加えて、伝送を空間的にクラスタに向けて送り、目的としないターゲットへの伝送、および目的としないターゲットにおいて結果として生じる干渉を低減する。一実施形態によれば、上述のように、ビーム形成エンジン２１４は線形フィルタを含み、これは重み値を受け入れ、伝送信号特性（例えば、位相／減衰）を既知の方法で調整して、クラスタへの所望のビームパターンを生成する。

ブロック５１２で、クラスタ化エンジン２１２がターゲットの空間シグネチャ属性、および上述のようにシステムのパフォーマンスを監視し続けて、マルチポイント通信システムのパフォーマンス特性を向上させる。

図９を簡単に見ると、本発明の一実施形態による、１つまたは複数のクラスタ内の多数のターゲットへの通信リンク・ビームの確立のグラフィカルな例示が提示される。図９に例示した実施形態によれば、通信局１１４内でマルチポイント通信エージェント（図示せず）が設けられたトランシーバ１１６は、共通通信チャネルを介して、ターゲット１０６、１０８、９０４のクラスタとの通信リンク・ビーム９０２を、少なくとも部分的には、クラスタ空間シグネチャに基づいて確立する。図のように、ターゲットは、ワイヤレス加入者ユニット１０６、空間ダイバーシティ・ワイヤレス加入者ユニット１０８、ワイヤレス可能電子機器９０４などを含む。ユーザ端末のクラスタとして例示するが、ユーザ端末（例えば、１０８）は他のターゲット（例えば、ワイヤレス端末および、または基地局）のクラスタに、本発明の教示を利用して送信することが可能であることを理解されたい。すなわち、上で導入したように、マルチポイント通信エージェント２１０を、加入者ユニットおよび／または通信局内に存在するワイヤレス・トランシーバと統合し、これによって利用することが可能である。

１つまたは複数のターゲットのクラスタの確立
図６を見ると、本発明の一実施形態による、クラスタのためのターゲットを識別および選択するための方法の一実施例が提示される。図６に例示した実施形態によれば、この方法はブロック６０２で開始し、クラスタ化エンジン２１２がＫ個のビーム形成重みの初期セットにより開始する。一実施形態によれば、Ｋ個のビーム形成重みはマルチポイント通信エージェント２１０内で予め決められており、維持されている。代替態様では、Ｋ個のビーム形成重みの初期セットは、少なくとも部分的には、データ構造４００において維持された以前のクラスタのグループ化に基づく。数学的には、これらの重みを以下のように表すことができる。
ｗ_i，n＝１，．．．，Ｋ （１）
ただし、ｉは重みグループを索引付けし、ｎはプロセス反復を索引付けする。

ブロック６０４で、クラスタ化エンジン２１２が各ターゲットに対する空間シグネチャ属性を識別する。例示の実施形態によれば、クラスタ化エンジン２１２は、各アンテナ２１６で各ターゲットの１つまたは複数のパフォーマンス特性を測定する。上で導入したように、幅広い種類のパフォーマンス特性のいずれをも使用することが可能であり、これは例えば、ＲＳＳＩ、ＳＩＮＲ、ＳＮＲ、ＢＥＲ、ＦＥＲなどの１つまたは複数である。例示の実施形態によれば、クラスタ化エンジン２１２は信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）（式２）を、Ｋ個の各重みについての各ターゲットについて測定し、最大ＳＩＮＲを生じる重みを発見し、そのターゲットをそのクラスタ・グループに割り当てる。
ＳＩＮＲ_i，k＝ｆ（ｗ_i，ｔａｒｇｅｔ_k） （２）
これについて、Ｋ個のターゲットは最初にＫ個のクラスタにグループ化される。
ブロック６０６で、Ｋ個の各クラスタに対して、クラスタ化エンジン２１２が新しい重みを、グループ内のターゲットのパフォーマンス特性に基づいて割り当てる。一実施形態によれば、例えば、クラスタ化エンジン２１２はクラスタ内で最小のＳＩＮＲを有するターゲットを発見し、そのユーザから生成された新しい重みをクラスタに割り当てる。一実施形態によれば、クラスタ化エンジン２１２は最小２乗重み値（式３）を、識別されたユーザに関連付けられた信号から生成する。最小２乗の生成は、信号を参照信号からの最小２乗誤差と結合することによって計算されることは、当業者には理解されよう。この重みはグループ内のすべてのターゲットについて最適ではない可能性があるが、最小ＳＩＮＲを有するターゲットが、展開されたビームパターンと最低限に適応されることを保証する。
ｗ_i，n＋1＝Ｒｚｚ⁻¹Ｒｚａ_i，min （３）
ただし、ｉ_min＝ｍｉｎ（ＳＩＮＲ_K∈Ｇ_I）である。

ブロック６０８で、Ｋ個の新しい重みが得られた後、ターゲットが、ターゲットについての最良のＳＩＮＲパフォーマンス属性を提供する重みに従って再グループ化され、これを以下で式４に表す。
Ｇ_i＝｛ｔａｒｇｅｔ_k・ＳＩＮＲ_i，k・ＳＩＮＲ_j，k，ｊ＝１，．．．，Ｋ｝（４）

ブロック６０９で、各グループについての最小ＳＩＮＲが以前のグループについての最小ＳＩＮＲ以下である場合、プロセスが監視モード・ブロック６１０に入る。そうでない場合、プロセスが、ターゲットのパフォーマンス特性における実質的な向上が達成できなくなるまで、反復の方法で継続する。

図７で、本発明の一態様による、ターゲット・クラスタの占有を決定するための方法のもう１つの実施例の流れ図が提示される。図７に例示した実施形態によれば、この方法はブロック７０２で開始し、残りのクラスタ化されていない各ターゲットに対して、クラスタ化エンジン２１２が複合空間シグネチャ距離差を計算する。一実施形態によれば、複合空間シグネチャ距離差は、ターゲットとすべての残りのクラスタ化されていないターゲットの間の正規化された空間シグネチャ距離差の和である。この実施形態によれば、クラスタ化エンジン２１２はその正規化された空間シグネチャ（ａ_i）から他の各ターゲットの正規化された空間シグネチャ（ａ_j）の距離差（ｄ_i，j）を計算する。ただし、この距離は、前記空間シグネチャの間の内積として、式５に従って計算される。
ｄ_i，j＝｜ａ_j−（ａ_i’＊ａ_j）ａ_j｜ （５）
ただし、ａ_i’は、正規化された空間シグネチャの複素共役である。

個々の各正規化された距離差（５）から、クラスタ化エンジン２１２は複合空間シグネチャ距離差を、すべての他の残りのクラスタ化されていないターゲット（ｊ）への和または合計の距離として、以下に従って計算する。
ｄ_i＝Σ（ｄ_i，j）すべてのターゲットｊにわたる （６）

ブロック７０４で、クラスタ化エンジン２１２が、クラスタに対してのアンカー・ターゲットを、少なくとも部分的には、ターゲットの計算された複合空間シグネチャ距離差に基づいて識別する。一実施形態によれば、クラスタ化エンジン２１２は、最小の複合距離差（ｄ_i，j）を有するターゲットを識別し、これを、ターゲットを展開したクラスタのアンカーとして割り当てる。

ブロック７０６で、クラスタ化エンジン２１２が、追加のＮ−１個のターゲットを識別してクラスタ化を完了することによってクラスタ化を完了し、ただしクラスタは、通信チャネルを共有するＮ個のターゲットのサイズを有する。一実施形態によれば、次のＮ−１個のターゲットが、最小距離差（ｄ_min）を超えない次に最小の複合距離差を有するターゲットとして選択される。すなわち、類似の空間シグネチャを有するターゲットをクラスタ化するために、互いから大きすぎる距離で逸脱するターゲットは、それらが次に最小の複合距離差を表す場合にも、共にクラスタ化されない可能性がある。このような場合、この距離、または結合差しきい値（ｄ_min）を超えるターゲットを、上で定義された合計距離の数字によって定量化されるような、類似の空間シグネチャを有する１つまたは複数のターゲットの異なるクラスタに割り当てることが可能である。

一実施形態によれば、Ｎ＋Ｍ個のターゲットが実質的に類似の空間シグネチャ属性を共有する場合、クラスタ化エンジン２１２は追加のチャネル・リソースを、必要に応じて、クラスタ内の追加のＭ個のターゲットにサービスするために割り当てる。これについて、クラスタ化エンジン２１２は、クラスタ内のすべてのターゲットに効果的にサービスするために多数の共有通信チャネルを必要とするクラスタを展開することが可能である。別法として、クラスタ化エンジン２１２は、クラスタ内の部外ターゲットを含み、かつ、そのターゲットに別の通信チャネルによりサービスするように選択することが可能である。すなわち、ターゲットに関連付けられた空間シグネチャが結合距離差（ｄ_min）を超える場合、クラスタ化エンジン２１２はターゲットを所与のクラスタにおいて含み、かつ、そのターゲットに、追加の共有通信チャネル・リソースによりサービスすることが可能である。

本発明のこの態様によれば、クラスタ化エンジン２１２はクラスタのグループ化を監視し続け、可能であれば、クラスタ内のアクティブ・ターゲットの数がチャネルしきい値Ｎを超えない場合、または、その正規化された空間シグネチャが結合差しきい値（ｄ_min）を一度超えたターゲットがしきい値内に入ることが後で判明するか、あるいはターゲットが通信セッションを終了する場合、クラスタ内のターゲットとの通信に適用された物理チャネルの数を減らす。

一態様によれば、クラスタ化エンジン２１２はクラスタ空間シグネチャを、クラスタ内のターゲットの複合空間シグネチャ距離差から展開する。一態様によれば、アンカー・ターゲットの複合空間シグネチャ距離差が、クラスタ空間シグネチャとして使用される。上で導入した一実施形態によれば、クラスタ化エンジン２１２はビーム形成エンジン２１４に、生成された各クラスタに関連付けられた空間シグネチャを提供して、ビーム形成エンジンが伝送の１つまたは複数の属性を選択的に修正して送信ビームを１つまたは複数のクラスタ内のターゲットに向けて選択的に送ることができるようにする。

ブロック７０８で、クラスタ化エンジン２１２が、いずれかの残りのクラスタ化されていないターゲットがあるかどうかを判断する。そうである場合、プロセスがブロック７０２に進み、クラスタ化エンジンが、他の残りの（すなわち、まだクラスタ化されていない）ターゲットに関して残りの各ターゲットについての複合空間シグネチャ距離差を再計算し、追加のクラスタが展開される。

もう１つの態様によれば、クラスタ化エンジン２１２は、正規化された空間シグネチャ距離差（ｄ_i，j）を単に解析して、多数のターゲット（この実施例では、２つのターゲット）がクラスタ化されるべきであるかどうかを判断する。すなわち、もう１つの実施形態によれば、クラスタ化エンジン２１２はターゲットのポピュレーション(population)を展開する（ターゲットをクラスタに取り込む）。その際、正規化された空間シグネチャ距離差（ｄ_i，j）はいくつかの距離しきい値（Ｄ_Thresh＿1）より少ない。
（ｄ_i，j）＜Ｄ_Thresh＿1 （７）

加えて、クラスタ化エンジン２１２は、クラスタ内のいずれかの１つのターゲットといずれかの他のターゲットの平均の正規化された空間シグネチャ距離差（例えば、物理チャネルを共有する各ターゲットと他の各ターゲットの距離の２乗を使用して計算されたもの）が、特定の距離しきい値（Ｄ_Thresh＿2）より下にあることも保証する。これについて、クラスタ化エンジン２１２は、クラスタ内のターゲットが共通空間シグネチャ特性を有することを保証する。

ブロック７０８で、すべてのターゲットがクラスタに割り当てられている場合、プロセスがブロック７１０に進み、クラスタ化エンジン２１２が、ターゲットの空間シグネチャ属性への変更を選択的に監視し、必要に応じてターゲットの再グループ化を行う。一実施形態によれば、いずれかのクラスタに空きがある（例えば、Ｎ個未満のターゲットである）場合、クラスタ化エンジン２１２は、他のクラスタに割り当てられた各ターゲットに対して、ポピュレートされるクラスタの各ターゲット・メンバへの平均距離を計算する。この値が、空きを有する他のすべてのクラスタへの平均距離と比較され、最低平均距離を有するターゲットをそのクラスタに割り当てる。異なるクラスタ内のターゲットの各ペアについて、それら自体のクラスタ内のターゲットへのそれぞれの平均距離を、他のもののクラスタ内のターゲットの平均距離と比較する。ターゲットの切り換えにより、それぞれの複合空間シグネチャ距離差が低下する場合、ターゲットのクラスタを切り換える。

さらにもう１つの実施形態によれば、空間シグネチャ属性が各ターゲットに対して、ベクトル量子化技術を使用して導出される。このようなクラスタ化方法の一実施例が、本願の譲受人に譲渡された、Ｂａｒｒａｔ他の「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ａ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｓｉｇｎａｌ ｆｒｏｍ ａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｈａｓ ａｎ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｒａｙ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａｎ Ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第６，１８５，４４０号において提示され、これはあらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。

マルチノード・ビーム形成
図８を見ると、本発明のもう１つの態様による、マルチポイント通信環境におけるマルチノード・ビーム形成のための方法の一実施例の流れ図が提示される。一実施形態によれば、マルチポイント通信エージェント２１０はマルチノード通信リンク・ビームを、例えばＧＰＲＳデータ・サービスなど、ワイヤレス・データ・サービスの援護の下に確立する。その際、同じ信号を多数のターゲットまたはクラスタに送信することが望ましい。例示のＧＰＲＳの態様では、例えば、信号をその信号の目的とする受信者だけでなく、送信チャネルの次のユーザとして識別される（例えば、データグラム３００内で識別されるような）ターゲットにも送信することが望ましいであろう。まさにこのような方法を以下に提示する。

図８の方法はブロック８０２で開始する。クラスタ化エンジン２１２が、特定のチャネルに関連付けられた信号を送ろうとするターゲットのサブセットを識別する。上で導入したように、クラスタ化エンジン２１２は、受信された信号内に含まれた情報を送信のために、あるいは、パケット（データグラム）情報内に含まれた情報（例えば、ターゲット識別情報）を利用して、送ろうとするターゲットを識別することが可能である。

ブロック８０４で、クラスタ化エンジン２１２が、信号の受信から利益を得る可能性のあるターゲットを識別する。上で提供したように、ＧＰＲＳの実施形態によれば、チャネルの次のインスタンス（すなわち、タイムスロット／周波数の組合せ）に関連付けられたターゲットにとって、それらがチャネルの次のインスタンスの目的とする受信者であるという指示を受信することは有益である可能性がある。一実施形態によれば、上で導入したように、クラスタ化エンジン２１２は後続のターゲットを、送信のために、受信されたデータグラムのターゲット識別情報３０２から識別する。

ブロック８０６で、クラスタ化エンジン２１２が、保留中の送信の目的とするターゲットに対しての第１の空間シグネチャ、および他の識別されたターゲットに対しての第２の空間シグネチャを識別する。本発明の教示によれば、これらのターゲットを個々のトランシーバまたはターゲットのクラスタにすることが可能であり、この場合、第１のクラスタ空間シグネチャおよび第２のクラスタ空間シグネチャは上述のように展開される。

ブロック８０８で、クラスタ化エンジン２１２が重み値を計算して、第１および第２の各ターゲットに対してのマルチローブ・ビームパターンを生成する。例えば、空間シグネチャａ１およびａ２を有する２つの所望のターゲットがある場合、クラスタ化エンジン２１２は、それぞれ以下のように計算される２つの重みｗ１およびｗ２の線形重畳を形成する。
ｗ１＝［ａ２’ａ２］ａ１ （８）
ｗ２＝［ａ１’ａ１］ａ２
ただし、ａ１およびａ２はＮｘ１ベクトルであり、
Ｎは、トランシーバに関連付けられたアンテナ２１６の数を示し、
［ａ２’ａ２］は、ａ２とそれ自体の外積、すなわちＮ×Ｎ行列であり、
［ａ１’ａ１］は、ａ１とそれ自体の外積、同じくＮ×Ｎ行列である。
したがって、送信のために使用される重みは、次いで以下のようになる。
（ａｌｐｈａ１＊ｗ１）＋（ａｌｐｈａ２＊ｗ２） （９）
ただし、ａｌｐｈａ１およびａｌｐｈａ２は、ターゲットによって受信される所期の電力を制御するスカラである。

ブロック８１０で、ビーム形成エンジン２１４がマルチローブ・ビームパターンを、クラスタ化エンジン２１２によって生成された重みを使用して生成して、少なくとも第１の空間シグネチャおよび第２の空間シグネチャに従ってエネルギーを方向付ける。

図１０を参照すると、本発明のこの態様の一実施形態による、マルチノード通信リンク・ビームのグラフィカルな例示が示される。より詳細には、図１０のグラフィカルな例示は通信エンティティ、この実施形態では基地局１１４を説明する。通信リンクの目的のレシーバ１０６と後続の通信リンクのレシーバ９０４の間のマルチノード通信リンク・ビームを確立する。すなわち、２つの各ターゲット１０６および９０４は共通の信号を、２つの別々の通信リンク・ビーム、例えば、ビーム１００２およびビーム１００４を介して受信する。

一実施形態によれば、マルチノード・ビーム、例えばノード１００２とノード１００４がそれぞれ共通通信チャネルに割り当てられ、これらは共通情報を各ターゲット１０６、９０４に搬送する。一実施形態によれば、第２のレシーバ、すなわちレシーバ９０４は信号を、レシーバ９０４がすぐ後続の通信信号を受信するという指示として受信する。すなわち、レシーバ９０４はこの信号を受信して、これらが後続の信号、例えば、すぐ後続の信号によりターゲットにされるという指示を、レシーバに提供する。

代替実施形態
図１１は、本発明の代替実施形態による、実行されると、アクセス側マシンに本発明の革新的マルチポイント通信エージェント２１０の１つまたは複数の態様を実施させる、複数の実行可能命令を含む記憶媒体の一実施例のブロック図である。

上の説明では、説明のため、本発明の十分な理解を提供するために多数の特定の詳細を述べている。しかし、本発明をこれらの特定の詳細のいくつかなしに実施できることは、当業者には明らかであろう。他の場合では、周知の構造およびデバイスをブロック図の形式において示す。

本発明は様々なステップを含む。本発明のステップを、図１および２に示すものなど、ハードウェア・コンポーネントによって実行することができ、あるいは、マシン実行可能命令において実施することができ、これを使用して、汎用もしくは専用プロセッサ、または命令によりプログラムされた論理回路に、これらのステップを実行させることができる。別法として、これらのステップを、ハードウェアおよびソフトウェアの組合せによって実行することができる。これらのステップを、基地局またはユーザ端末のいずれかによって実行されるものとして説明した。しかし、基地局によって実行されるものとして説明したいかなるステップも、ユーザ端末によって実行することができ、逆もまた同様である。本発明は、トランシーバおよび／またはシステムに等しく適用可能であり、端末は互いに、いずれか一方が基地局、ユーザ端末、リモート端末または加入者局として指定されることなく通信する。本発明をさらにピアのネットワークに適用することができる。

本発明をコンピュータ・プログラム製品として提供することができ、これは、命令を格納しているマシン可読媒体を含むことができ、この命令を使用して、コンピュータ（または他の電子デバイス）を、本発明によるプロセスを実行するようにプログラムすることができる。マシン可読媒体には、それだけに限定されないが、フロッピー（登録商標）・ディスケット、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、および光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気もしくは光カード、フラッシュ・メモリ、または、電子命令を格納するために適切な他のタイプの媒体／マシン可読媒体が含まれる可能性がある。また、本発明をコンピュータ・プログラム製品としてダウンロードすることもでき、プログラムをリモート・コンピュータから要求側コンピュータへ、搬送波に実装されたデータ信号または他の伝搬媒体を用いて、通信リンク（例えば、モデムまたはネットワーク接続）を介して転送することができる。

本発明を、ポータブルのハンドセット用のワイヤレス通信システムとの関連で説明したが、データが交換される幅広い種類の異なるワイヤレス・システムに適用できることが重要である。このようなシステムには、外部接続なしの音声、ビデオ、音楽、ブロードキャスト、および他のタイプのシステムが含まれる。本発明を、固定リモート端末、ならびに、低および高モビリティ端末に適用することができる。方法の多数をそれらの最も基本的な形態において説明しているが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく、ステップを方法のいずれにも追加し、あるいはいずれからも削除することができ、情報を、説明したメッセージのいずれにも追加し、あるいはいずれからも減じることができる。多数のさらなる修正および適応を行うことができることは、当業者には明らかであろう。特定の実施形態を、本発明を限定するためでなく、例示するために提供する。本発明の範囲は、上で提供した具体的な実施例によって決定されるべきでなく、以下の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。

ワイヤレス通信システムの一実施例のブロック図である。 本発明の教示を組み込む、ユーザ端末および／または通信局において使用するために適切な、革新的マルチポイント通信エージェントを含む、トランシーバの一実施例のブロック図である。 マルチポイント通信環境において使用するために適切な、データグラムの一実施例のグラフィカル例示の図である。 マルチポイント通信エージェントによって使用するために適切な、データ構造の一実施例のブロック図である。 本発明の一態様による、マルチポイント通信環境におけるビーム形成の方法の一実施例の流れ図である。 本発明の一態様による、ビーム形成のためにターゲットを動的にクラスタ化する方法の一実施例の流れ図である。 本発明の実施のもう１つの実施形態による、ビーム形成のためにターゲットを動的にクラスタ化する方法の一実施例の流れ図である。 本発明の一態様による、デュアル・ビーム形成の方法の一実施例の流れ図である。 本発明の一態様による、トランシーバから、クラスタを形成するターゲットの動的に選択されたセットへの、ワイヤレス通信リンクを表すビームをグラフィカルに例示する図である。 本発明の一態様による、トランシーバから少なくとも２つのクラスタへのワイヤレス通信リンクを表すデュアル・ビームをグラフィカルに例示する図である。 本発明の代替実施形態による、実行されるとき、アクセス側マシンに本発明の革新的通信エージェントの１つまたは複数の態様を実施させる、複数の実行可能命令を含む記憶媒体の一実施例のブロック図である。

Claims (38)

1. ワイヤレス通信システムにおける複数のターゲットに関連付けられた１つまたは複数の空間シグネチャ属性を識別するステップを備え、
   前記識別された１つまたは複数の空間シグネチャ属性に少なくとも基づいて、前記複数のターゲットの１つまたは複数をクラスタに割り当てるステップを備え、クラスタに割り当てられる前記ターゲットはそれぞれワイヤレス通信チャネルを共有しており、
   前記した１つまたは複数の空間シグネチャ属性を識別するステップは、各ターゲットとすべての残りのクラスタ化されていないターゲットとの間の複合空間シグネチャ距離差を求める計算を含む、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記複合空間シグネチャ距離差は、前記ターゲットの正規化された空間シグネチャと、残りのクラスタ化されていない各ターゲットとの間の距離差の和を含む
   請求項１に記載の方法。
3. ターゲット（ｉ）とターゲット（ｊ）の間の前記正規化された空間シグネチャ距離差は、ｄi，j＝｜ａj−（ａi’＊ａj）ａj｜に従って計算される
   請求項２に記載の方法。
4. ターゲット（ｉ）についての前記複合空間シグネチャ距離差は、ｄi＝すべてのターゲットｊ上のΣ（ｄi，j）に従って計算される
   請求項３に記載の方法。
5. 最小の相対複合空間シグネチャ距離差を有するターゲットを、クラスタのためのアンカーとして識別するステップと、
   次に最小の相対複合空間シグネチャ距離差を有する最大（Ｎ−１）個の追加のターゲットを識別し、前記相対複合空間シグネチャ距離差はしきい値を超えず、またこのようなターゲットを前記クラスタに追加するステップと
   を含む請求項１に記載の方法。
6. Ｎは、クラスタ内で許可されたターゲットの最大数である請求項５に記載の方法。
7. 前記クラスタ内で許可されたターゲットの最大数は、前記ワイヤレス通信システムの多数のアクセス・タイプに少なくとも基づく
   請求項６に記載の方法。
8. クラスタの少なくともサブセットについてのクラスタ空間シグネチャを展開するステップと、
   １つまたは複数のクラスタ内のターゲットへの伝送ビームを、前記クラスタ空間シグネチャに少なくとも基づいて生成するステップと
   を含む請求項１に記載の方法。
9. ワイヤレス通信システムにおける複数のターゲットに関連付けられた１つまたは複数の空間シグネチャ属性を識別するステップを備え、
   前記識別された１つまたは複数の空間シグネチャ属性に少なくとも基づいて、前記複数のターゲットの１つまたは複数をクラスタに割り当てるステップを備え、クラスタに割り当てられる前記ターゲットはそれぞれワイヤレス通信チャネルを共有しており、
   前記した１つまたは複数の空間シグネチャ属性を識別するステップには、ワイヤレス通信システムにおけるターゲットの少なくともサブセットの間の正規化された空間シグネチャ距離差を求める計算が含まれている、
   ことを特徴とする方法。
10. ２つのターゲット（ｉ）および（ｊ）の間の前記正規化された空間シグネチャ距離差は、このようなターゲットに関連付けられた、正規化された空間シグネチャ（ａi）および（ａj）の間の内積（ｄi，j）を計算することによって決定される
    請求項９に記載の方法。
11. 前記内積は、
    （ｄi，j）＝｜ａj−（ａi’＊ａj）ａj｜として計算される請求項１０に記載の方法。
12. 割り当てるステップは、
    クラスタ・ターゲット・プールを確立するステップであって、しきい値を超えない正規化された空間シグネチャ差を有するターゲットが前記プールに追加されるステップと、
    他のターゲットへの、その正規化された空間シグネチャ距離差がしきい値を超えるターゲットを、前記クラスタ・ターゲット・プールから除くステップと
    を含む請求項１０に記載の方法。
13. 第１のしきい値および第２のしきい値が共通の値に設定される請求項１２に記載の方法。
14. 前記クラスタ・ターゲット・プールが大きすぎる場合、他のターゲットより高い、正規化された空間シグネチャ距離差を示すターゲットを、前記クラスタ・ターゲット・プールから除くステップを含む
    請求項１２に記載の方法。
15. 前記クラスタ内のターゲットの数が、このような多数のターゲットにサービスするための単一のチャネルの帯域幅機能を超える場合、クラスタ内のターゲットの少なくともサブセットを処理するために追加のチャネルを割り当てるステップを含む
    請求項１２に記載の方法。
16. ターゲットをクラスタに、異なる空間シグネチャ属性にかかわらず、割り当てるステップと、
    前記ターゲットに、異なる通信チャネル・リソースによりサービスするステップと
    を含む請求項１２に記載の方法。
17. 前記ターゲットが割り当てられる物理チャネルは、他のクラスタおよびターゲットの双方または一方に割り当てることができるチャネルのより大きいセットのサブセットである
    請求項１に記載の方法。
18. 汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）を実施するワイヤレス通信システムにおいて、
    類似の空間シグネチャ属性を共有する１つまたは複数のターゲットをクラスタに割り当てるステップを備え、
    ターゲットを割り当てられたクラスタの少なくともサブセットについてのクラスタ空間シグネチャを計算するステップを備え、それから伝送重みが生成され、通信チャネルの伝送に適用されて、前記通信チャネルが前記クラスタ内のターゲットに空間的に向けて送られ、
    前記したクラスタに割り当てるステップは、 ( ａ ) ワイヤレス通信システムにおける複数のターゲットに関連付けられた、１つまたは複数の空間シグネチャ属性の識別を行うサブステップと、 ( ｂ ) 前記識別をされた１つまたは複数の空間シグネチャ属性に少なくとも基づいて複数のターゲットの１つまたは複数をクラスタに割り当て、前記クラスタに割り当てられる前記ターゲットはそれぞれワイヤレス通信リンクを共有するサブステップとを含み、
    前記した１つまたは複数の空間シグネチャ属性の識別を行うサブステップには、各ターゲットとすべての残りのクラスタ化されていないターゲットの間の複合空間シグネチャ距離差を求める計算が含まれる
    ことを特徴とする方法。
19. 前記複合空間シグネチャ距離差は、前記ターゲットの正規化された空間シグネチャと、残りのクラスタ化されていない各ターゲットの間の距離差の和を含む請求項１８に記載の方法。
20. 汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）を実施するワイヤレス通信システムにおいて、
    類似の空間シグネチャ属性を共有する１つまたは複数のターゲットをクラスタに割り当てるステップを備え、
    ターゲットを割り当てられたクラスタの少なくともサブセットについてのクラスタ空間シグネチャを計算するステップを備え、それから伝送重みが生成され、通信チャネルの伝送に適用されて、前記通信チャネルが前記クラスタ内のターゲットに空間的に向けて送られ、
    前記したクラスタに割り当てステップでは、
    ( ａ ) ワイヤレス通信システムにおける複数のターゲットに関連付けられた、１つまたは複数の空間シグネチャ属性の識別を行い、
    ( ｂ ) 前記識別された１つまたは複数の空間シグネチャ属性に少なくとも基づいて複数のターゲットの１つまたは複数をクラスタに割り当て、前記クラスタに割り当てられる前記ターゲットはそれぞれワイヤレス通信リンクを共有でき、
    ( ｃ ) 最小の相対複合空間シグネチャ距離差を有するターゲットを、クラスタのためのアンカーとして識別し、
    ( ｄ ) 次に最小の相対複合空間シグネチャ距離差を有する最大（Ｎ−１）個の追加のターゲットを識別し、前記相対複合空間シグネチャ距離差はしきい値を超えず、またこのようなターゲットを前記クラスタに追加する
    ようにしたことを特徴とする方法。
21. Ｎは、クラスタ内で許可され、単一のチャネルによってサービスされるターゲットの最大数である請求項２０に記載の方法。
22. 前記クラスタ内のターゲットの数がしきい値（Ｎ）を超える場合、クラスタ内のターゲットの少なくともサブセットへの通信をサポートするために、別のチャネルが割り当てられる請求項２１に記載の方法。
23. Ｎは、ＧＰＲＳを実施するワイヤレス通信システムにおいて８以下である請求項２０に記載の方法。
24. コンピューティング・デバイスによって実行されると、前記デバイスに請求項１８または２０に記載の方法を実施させるプログラムを記録したコンピュータで可読な記憶媒体。
25. トランシーバであって、
    ワイヤレス通信リソースを備え、
    前記ワイヤレス通信リソースに結合された通信エージェントにして、類似の空間シグネチャ属性を共有する１つまたは複数のターゲットをクラスタに割り当て、かつ、ターゲットを割り当てられたクラスタの少なくともサブセットについてのクラスタ空間シグネチャを計算し、それから伝送重みが生成され、通信チャネルの伝送に適用されて、前記通信チャネルが前記クラスタ内のターゲットに空間的に向けて送られるようにした、通信エージェントを備え、
    前記通信エージェントは、ワイヤレス通信システムにおける複数のターゲットに関連付けられた、１つまたは複数の空間シグネチャ属性を識別し、かつ、前記複数のターゲットの１つまたは複数をクラスタに、前記識別された１つまたは複数の空間シグネチャ属性に少なくとも基づいて、割り当てるクラスタ化エンジンを含み、前記クラスタに割り当てられた前記ターゲットは、ワイヤレス通信チャネルを、前記クラスタ内の他のターゲットの少なくともサブセットと共有し、
    前記クラスタ化エンジンは、当該ターゲットと、残りのクラスタ化されていないターゲットとの間の複合空間シグネチャ距離差を計算する、
    ことを特徴とするトランシーバ。
26. 前記複合空間シグネチャ距離差は、前記ターゲットの正規化された空間シグネチャと、残りのクラスタ化されていない各ターゲットの間の距離差の和を含む請求項２５に記載のトランシーバ。
27. 前記クラスタ化エンジンは、最小の相対複合空間シグネチャ距離差を有するターゲットを、クラスタのためのアンカーとして識別し、そして、次に最小の相対複合空間シグネチャ距離差を有する前記クラスタに対しての最大（Ｎ−１）個の追加のターゲットを識別し、前記相対複合空間シグネチャ距離差はしきい値を超えない、
    請求項２５に記載のトランシーバ。
28. Ｎは、クラスタ内で可能にされたターゲットの最大数である請求項２７に記載のトランシーバ。
29. クラスタ内のターゲットの数がしきい値（Ｎ）を超える場合、クラスタ内のターゲットのサブセットをサポートするために、追加のチャネルが割り当てられる請求項２８に記載のトランシーバ。
30. 前記通信エージェントは、
    前記クラスタ化エンジンに応答して、前記通信チャネルに関連付けられた伝送信号の１つまたは複数の物理特性を修正して、１つまたは複数のクラスタ内のターゲットに向けて送られたビームを、前記生成されたクラスタ空間シグネチャに少なくとも基づいて形成するための、ビーム形成エンジンを含む
    請求項２５に記載のトランシーバ。
31. 前記ビーム形成エンジンは、信号の振幅および位相特性の少なくとも一方の１つまたは複数を修正して、１つまたは複数のクラスタ内のターゲットに向けて送られたビームを形成する請求項３０に記載のトランシーバ。
32. 前記通信エージェントは、
    前記通信チャネルに関連付けられた伝送信号の１つまたは複数の物理特性を修正して、１つまたは複数のクラスタ内のターゲットに向けて送られたビームを、前記生成されたクラスタ空間シグネチャに少なくとも基づいて形成するための、ビーム形成エンジンを含む
    請求項２５に記載のトランシーバ。
33. コンテンツを格納しているメモリ・サブシステムと、
    前記メモリ・サブシステムに結合され、前記格納されたコンテンツの少なくともサブセットにアクセスし、これを実行して、前記通信エージェントを実施するためのコントロール・ロジックと
    をさらに含む請求項２５に記載のトランシーバ。
34. ワイヤレス通信システムにおける複数の各ターゲットの空間シグネチャを計算するステップを備え、
    少なくとも１つのターゲットの前記空間シグネチャを、少なくとも１つの他のターゲットと比較する、空間シグネチャの比較ステップを備え、
    物理チャネル・リソースを前記ターゲットに割り当て、異なる空間シグネチャを有するターゲットに異なる物理チャネル・リソースが割り当てられるようにするステップを備え、
    前記空間シグネチャの比較ステップには、あるターゲット（ｉ）に関連付けられた正規化された空間シグネチャ（ａ i ）と、別のターゲット（ｊ）に関連付けられた正規化された空間シグネチャ（ａ j ）との間の、正規化された空間シグネチャ差（ｄ i ， j ）を求める計算が含まれる、
    ことを特徴とする方法。
35. 前記正規化された空間シグネチャ差（ｄi，j）は、ｄi，j＝｜ａj−（ａi’＊ａj）ａj｜に従って計算され、ａi’はターゲット（ｉ）についての前記正規化された空間シグネチャ（ａi）の複素共役である請求項３４に記載の方法。
36. 正規化された空間シグネチャ差（ｄi，j）がしきい値を超えない複数のターゲットは、実質的に類似の空間シグネチャを示し、クラスタ・ターゲット・プールにグループ化される請求項３４に記載の方法。
37. 前記クラスタ・ターゲット・プール内の各ターゲットと、前記プール内の他のターゲットの間の、平均距離差を計算するステップと、
    前記プール内の少なくとも１つの他のターゲットとの平均距離差がしきい値を超えるターゲットを除くステップと
    を含む請求項３６に記載の方法。
38. 共通通信チャネル・リソースを、前記クラスタ・ターゲット・プール内に残るターゲットの少なくともサブセットに割り当てるステップをさらに含む請求項３７に記載の方法。

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