JP4762460B2 - 信号を端末に伝える合成電磁場を生成する方法および送信器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システムに関し、特に、ワイヤレス通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
送信器は、信号を受信器へ送信するためにアンテナを使用する。例えば、ワイヤレス通信システムのいわゆる基地局にある送信器は、信号を移動端末へ送信するためにアンテナを使用する。アンテナは、エネルギーを放射して、信号を移動端末へ伝える電磁場（ＥＭ場）を生成する。特に、フェーズドアレーアンテナは、一般に、非フェーズドアレーアンテナによって生成される電磁場より集束した電磁場を生成する。「より集束した電磁場」とは、（１）エネルギーの最大が特定の方位角方向（例えば、信号の送信先の移動端末の方位角方向）に向かい、かつ、（２）方位角方向からの角が増大するにつれて、この電磁場の強さは、非フェーズドアレーアンテナによって生成される電磁場のような集束していない電磁場の強さより鋭く降下する、という電磁場を意味する。方位角方向は、フェーズドアレーアンテナのブロードサイド（前面に直角な垂直面）からの移動端末の角である。特定の方位角方向に向かうのは実際には電磁エネルギーであるが、本明細書では、記載を簡単にするため、エネルギーの最大が向かう方位角方向に電磁場が向かうということにする。
【０００３】
フェーズドアレーアンテナによって生成される電磁場は非フェーズドアレーアンテナによって生成される電磁場より集束している（当業者は「より狭い」ともいうことがある）ため、フェーズドアレーアンテナによって特定の移動端末に向けられる電磁場によって伝えられる信号は、非フェーズドアレーアンテナによって生成される電磁場によって伝えられる信号よりも、ワイヤレス通信システムのセルの同じ（あるいは異なる）いわゆるセクタにある他の移動端末への信号とは干渉しにくい。これにより、ワイヤレス通信システムにおける移動端末数の増大、したがって、ワイヤレス通信システムの容量の増大が可能となる。（ワイヤレス通信システムの容量とは、ワイヤレス通信システムによって同時に伝送可能な呼の数である。）
【０００４】
フェーズドアレーアンテナは、許容される受信電圧（移動端末によって受信される電圧）が移動端末の位置に誘起されるような電磁場を生成しなければならない。許容受信電圧とは、移動端末が信号を許容されるレベルの信号性能で受信するのに必要な電圧である。許容受信電圧が移動端末の位置に誘起されるように電磁場を調節するために、通常、移動端末から受信される誤り情報ビットのようなパワー制御情報あるいは信号品質情報が、基地局で使用される。
【０００５】
通常のワイヤレス通信システムでは、複数の移動端末に対して送信される信号はすべて同じ周波数で送信される。（例えば、いわゆるＴＤＭＡワイヤレス通信システムでは、３個の移動端末への信号が同じ周波数で送信される。）フェーズドアレーアンテナを用いて同じ周波数で複数の移動端末へ信号を送信すると、その複数の移動端末に向かう電磁場の弱め合う干渉を引き起こす可能性がある。第１の移動端末に向かう電磁場が第２の移動端末の位置に二次電圧を誘起し、この二次電圧が、第２の移動端末に向かう電磁場によって誘起される一次電圧と位相がずれるときに、弱め合う干渉が起こる。この場合、二次電圧は、一次電圧の大きさを低減する。この大きさの低減は、第２の移動端末が許容受信電圧を受信することができず、したがって、許容レベルの信号品質で信号を受信することができないほどに、大きくなることがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
交互に直交する偏波を有し、それぞれの電磁場がある一定方向に向かうような、集束電磁場を使用することによって、弱め合う干渉による問題を最小限にすることが提案されている。移動端末の位置に誘起される電圧は、その移動端末の方向に最も近い方向の電磁場と、他のすべての電磁場との両方によって誘起される。しかし、隣り合う電磁場は直交する偏波を有するため、弱め合う干渉の可能性は低減される。これにより、移動端末のうちの１つが、信号を許容される程度で受信する（許容レベルの信号性能で信号を受信する）ことにならないという可能性は低減する。
【０００７】
上記のアプローチは、移動端末のうちの１つが信号を許容される程度で受信しないという可能性を低減するが、本発明の発明者は、さらなる改善が可能であることを認識した。具体的には、本発明の発明者が認識したところによれば、複数の移動端末に向かう同じ周波数の電磁場（ＥＭ場）は、セクタ全体にわたるあらゆる位置で、弱め合う干渉をするだけでなく、強め合う干渉もするという事実を、従来技術は利用していない。第１の移動端末に向かう電磁場が第２の移動端末の位置に二次電圧を誘起し、この二次電圧が第２の移動端末に向かう電磁場によって誘起される一次電圧と同相であるときに、強め合う干渉が起こる。この場合、第２の移動端末の位置に誘起される２つの電圧の大きさは足し合わされることになる。このような場合には、二次電圧が誘起されないとした場合よりも少ない量のエネルギーが、第２の移動端末に向かうエネルギーによって、第２の移動端末において誘起される。これにより、システム資源を、より効率的に利用することができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、エネルギーは、複数の方向（例えば、方位角方向）に向かう。端末（例えば、移動端末）の方位角方向に向かうエネルギーの量は、少なくとも２つの移動端末の位置および許容受信強度の関数である。ただし、移動端末の許容受信強度とは、その移動端末が、許容されるレベルの信号性能で信号を受信するのに必要な電磁場の強さである。この関数は、これらの少なくとも２つの移動端末のいずれの位置における電磁場の強さも、その移動端末がその電磁場によって伝えられる信号を許容される程度で受信するのに必要な強さと少なくとも同程度（ただし、それより実質的に大きくはない）となるような関数である。
【０００９】
本発明の代替実施例では、移動端末の方位角方向に向かうエネルギーの量は次のように求められる。まず、それぞれの移動端末について、その移動端末における許容受信強度を提供するために生成しなければならない電磁場を決定する。この決定は、他の移動端末についてすでに決定された電磁場の、当該移動端末の位置における強さを考慮に入れる。この決定は、少なくとも２つの移動端末について決定された電磁場が、これらの少なくとも２つの移動端末のそれぞれについて適正受信強度に実質的に等しい電磁場強度を提供するまで、繰り返される。ただし、適正受信強度とは、実質的に最小の許容受信強度のことである。
【００１０】
決定ステップは、電磁場が収束するまで繰り返される。この収束は、決定された電磁場と、前の反復の決定された電磁場との間の変化が小さいときに達成される。その後、それぞれの端末の方位角方向に向かうエネルギーの量が、こうして決定された電磁場に基づいて決定される。
【００１１】
電磁場が収束した後、こうして求められた合成電磁場は、実際に、前述のように、これらの少なくとも２つの移動端末のいずれの位置における強さも、その移動端末がその合成電磁場によって伝えられる信号を許容される程度で受信するのに必要な強さと少なくとも同程度（ただし、それより実質的に大きくはない）となるような電磁場である。これは、システム資源を節約し、他の信号との干渉を低減し、同時に送信可能な信号の数を増大させるため、容量を増大させ、したがって、ワイヤレス通信システムの収益性を増大させる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１において、ワイヤレス通信システム１００によってサービスされる地理的領域は、「セル」と呼ばれる複数の空間的に分かれた領域に分割される。解析を容易にするため、それぞれのセル１０２、１０４、および１０６は通常、蜂の巣形の六角形によって近似され模式的に表される。しかし、各セルは実際には、セルの付近の地形に依存する不規則な形状である。各セル１０２、１０４、１０６は、３個の１２０°セクタのような複数のセクタに分割することができる。セル１０２は、セクタ１０２ａ、１０２ｂ、および１０２ｃに分割される。セル１０４は、セクタ１０４ａ、１０４ｂ、および１０４ｃに分割される。セル１０６は、セクタ１０６ａ、１０６ｂ、および１０６ｃに分割される。各セル１０２、１０４、１０６は、それぞれ、１個の基地局１１２、１１４、１１６を含む。それぞれの基地局は、移動通信交換センタ（ＭＳＣ）１１８と通信する機器を有する。ＭＳＣ１１８は、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）のような地域または長距離通信ネットワーク１１９に接続される。各基地局１１２、１１４、１１６はまた、送信器およびアンテナを有する。通常、各基地局は、その基地局がサービスする各セクタごとに相異なる送信器およびアンテナを有する。基地局は、それらの送信器およびアンテナを用いて、移動端末１２０、１３０、１４０、および１５０のような移動端末と、無線インタフェースを通じて通信する。
【００１３】
図２ａに、セクタ１０４ａを詳細に示す。基地局１１４内の送信器２２４は、フェーズドアレーアンテナ２２５を用いて、信号を移動端末１２０へ送信する。フェーズドアレーアンテナ２２５は、信号を移動端末１２０へ伝える電磁場（ＥＭ場）を生成するためにエネルギーを放射する。
【００１４】
フェーズドアレーアンテナ２２５は、許容される受信電圧（移動端末によって受信される電圧）、例えばＶ_１２０が、移動端末の位置に誘起されるような電磁場を生成しなければならない。許容受信電圧とは、移動端末が信号を許容されるレベルの信号性能で受信するのに必要な電圧である。許容受信電圧が移動端末の位置に誘起されるように電磁場を調節するために、通常、移動端末から受信される誤り情報ビットのようなパワー制御情報あるいは信号品質情報が、基地局で使用される。
【００１５】
図２ｂに、基地局２１４内の送信器２２８が非フェーズドアレーアンテナ２２９を用いて信号を移動端末１２０へ送信するようなセクタ２０４ａを示す。図２ａおよび図２ｂを参照して、これらの２つのアンテナによって生成される電磁場を比較する。図２ａおよび図２ｂの両方で、線の太さは、電磁場の相対強度を表す。すなわち、線が太いほど、電磁場は強い。図２ｂからわかるように、非フェーズドアレーアンテナ２２９は、セクタ２０４ａの、非フェーズドアレーアンテナ２２９から等距離にある実質的にすべての位置で同じ強さを有する電磁場を生成する。フェーズドアレーアンテナ２２５は、一般に、非フェーズドアレーアンテナ２２９によって生成される電磁場より集束した電磁場を生成する。「より集束した電磁場」とは、（１）エネルギーの最大が特定の方位角方向に向かい、かつ、（２）方位角方向からの角が増大するにつれて、この電磁場の強さは、非フェーズドアレーアンテナ２２９によって生成される電磁場のような集束していない電磁場の強さより鋭く降下する、という電磁場を意味する。方位角方向は、フェーズドアレーアンテナ２２５のブロードサイド２０１（前面に直角な垂直面）からの移動端末１２０の角θである。（前述のように、特定の方位角方向に向かうのは実際には電磁エネルギーであるが、本明細書では、記載を簡単にするため、エネルギーの最大が向かう方位角方向に電磁場が向かうということにする。）
【００１６】
フェーズドアレーアンテナ２２５によって生成される電磁場は非フェーズドアレーアンテナ２２９によって生成される電磁場より集束している（当業者は「より狭い」ともいうことがある）ため、フェーズドアレーアンテナ２２５によって移動端末１２０に向けられる電磁場によって伝えられる信号は、非フェーズドアレーアンテナ２２９によって生成される電磁場によって伝えられる信号よりも、セクタ１０２ａにある他の移動端末への信号とは干渉しにくい。これにより、ワイヤレス通信システムのセルのセクタ（例えば、セクタ１０２ａ）内の移動端末数の増大、したがって、ワイヤレス通信システムの容量の増大が可能となる。（ワイヤレス通信システムの容量とは、ワイヤレス通信システムによって同時に伝送可能な呼の数である。）
【００１７】
図３に、送信器３２２がフェーズドアレーアンテナ２２５を用いて同じ周波数の信号をセクタ３０２ａ内の移動端末３３０、３４０および３５０に送信するようなセクタ３０２ａを示す。フェーズドアレーアンテナ２２５は、移動端末３３０が信号を許容される程度で受信することを可能にするために、移動端末３３０の位置に移動端末３３０の許容受信電圧（例えば、Ｖ_３３０）を誘起する電磁場を生成することを必要とする。同様に、この電磁場は、移動端末３４０および３５０のそれぞれの位置にも、それぞれの許容可能電圧（例えば、Ｖ_３４０およびＶ_３５０）を誘起しなければならない。ベクトル３３２、３４２、および３５２は、それぞれ、移動端末３３０、３４０、および３５０への実質的に最小の許容受信電圧の大きさを表す。すなわち、これらは、移動端末３３０、３４０、および３５０が信号を許容される程度で受信するためにそれらの位置に誘起しなければならない最小の電圧である。
【００１８】
フェーズドアレーアンテナ２２５を用いて同じ周波数でこれらの３個の移動端末３３０、３４０、および３５０へ信号を送信すると、これらの移動端末に向かう電磁場の弱め合う干渉を引き起こす可能性がある。例えば、移動端末３３０に向かう電磁場が移動端末３４０の位置に二次電圧を誘起し、この二次電圧が、移動端末３４０に向かう電磁場によって誘起される一次電圧Ｖ_３４０（ベクトル３４２で示す）と位相がずれる可能性がある。この場合、二次電圧は、図４に示すように、一次電圧Ｖ_３４０の大きさを低減することになる。図４において、ベクトル３４２′は、移動端末３４０における低減された受信電圧を示している。ベクトル３４２と３４２′を比較すればわかるように、ベクトル３４２′で表される電圧は、移動端末３４０が信号を許容される程度で受信するのに必要な電圧であるベクトル３４２で表される電圧より実質的に小さい。こうして、この電圧大きさの低減は、移動端末３４０が許容受信電圧を受信することができず、したがって、許容レベルの信号品質で信号を受信することができないほどに、大きくなることがある。
【００１９】
交互に直交する偏波を有し、それぞれの電磁場がある一定方向に向かうような、集束電磁場を使用することによって、弱め合う干渉による問題を最小限にすることが提案されている。移動端末の位置に誘起される電圧は、その移動端末の方向に最も近い方向の電磁場と、他のすべての電磁場との両方によって誘起される。しかし、隣り合う電磁場は直交する偏波を有するため、弱め合う干渉の可能性は低減される。これにより、移動端末のうちの１つが、信号を許容される程度で受信する（許容レベルの信号性能で信号を受信する）ことにならないという可能性は低減する。
【００２０】
上記のアプローチは、移動端末のうちの１つが信号を許容される程度で受信しないという可能性を低減するが、本発明の発明者は、さらなる改善が可能であることを認識した。具体的には、本発明の発明者が認識したところによれば、複数の移動端末に向かう同じ周波数の電磁場は、セクタ全体にわたるあらゆる位置で、弱め合う干渉をするだけでなく、強め合う干渉もするという事実を、従来技術は利用していない。
【００２１】
強め合う干渉について、図５を参照して説明する。図５には、図１のセクタ１０２ａを詳細に示す。セクタ１０２ａは、フェーズドアレーアンテナ２２５を用いて同じ周波数の信号をセクタ１０２ａ内の移動端末１３０、１４０および１５０へ送信する送信器５２２を有する基地局１１２を含む。ベクトル５３２、５４２、および５５２は、それぞれ、移動端末１３０、１４０、および１５０が電磁場によって伝えられる信号を許容される程度で受信するために、それらの移動端末の位置に誘起する必要のある実質的に最小の許容受信電圧の大きさを表す。
【００２２】
移動端末１３０に向かう電磁場が移動端末１４０の位置に二次電圧を誘起し、この二次電圧が移動端末１４０に向かう電磁場によって誘起される一次電圧（ベクトル５４２で示す）と同相であるときに、強め合う干渉が起こる。（なお、移動端末の位置に誘起される電圧の位相は、移動端末の位置に依存する。）この場合、移動端末１４０の位置に誘起される２つの電圧の大きさは足し合わされることになる。こうして、二次電圧が移動端末１４０の位置に誘起されるとき、移動端末１４０に向かう電磁場は、二次電圧が誘起されないとした場合よりも少ない量のエネルギーを、移動端末１４０に向けることができる。これにより、システム資源を、より効率的に利用することができる。
【００２３】
本発明によれば、送信器５２２は、移動端末１３０、１４０、および１５０に信号を伝える合成電磁場を生成する。送信器５２２は、複数の方位角方向にエネルギーを向けることによって電磁場を生成し、フェーズドアレーアンテナ２２５を用いて同じ周波数の信号を（向けられたエネルギーを送信することによって）移動端末１３０、１４０および１５０へ送信する。移動端末の方位角方向に向かうエネルギーの量は、少なくとも２つの移動端末の位置および許容受信強度の関数である。この関数は、これらの２つの移動端末のいずれの位置における電磁場の強さも、その移動端末がその電磁場によって伝えられる信号を許容される程度で受信するのに必要な強さと少なくとも同程度（ただし、それより実質的に大きくはない）となるような関数である。
【００２４】
（注意：これらの２つの移動端末のいずれの位置における電磁場の強さも、その移動端末がその電磁場によって伝えられる信号を許容される程度で受信するのに必要な強さより実質的に大きくはない。強さが、その移動端末が信号を許容される程度で受信するのに必要な強さより実質的に大きいとすると、その移動端末の方位角方向に生成されるエネルギーの量、したがってパワーは、その移動端末へ信号を送信するのに必要な量より実質的に大きくなってしまう。必要なより実質的に大きいパワーを使用することは、システム資源を浪費し、他の信号との干渉を生じ、同時に送信可能な信号の数を低減する。これは、容量の損失、したがって、収益の損失を引き起こす。）
【００２５】
本発明の実施例では、それぞれの移動端末の方位角方向に向けるべきエネルギーの量を決定するために、いくつかのステップが実行される。これらのステップを実行する際に、送信器５２２にあるプロセッサ５２３は、それぞれの移動端末について、その移動端末における許容受信強度を提供するために生成しなければならない電磁場を決定する。この決定は、他の移動端末についてすでに決定された電磁場の、当該移動端末の位置における強さを考慮に入れる。この決定は、移動端末について決定された電磁場が、それぞれの移動端末について適正受信強度に実質的に等しい電磁場強度を提供するまで、繰り返される。
【００２６】
上記のステップを実行する際に、プロセッサ５２３は、まず、第１の電磁場を決定する。第１の電磁場は、移動端末のうちの１つ（例えば、移動端末１３０）が、信号を受信することを必要とする唯一の移動端末であると仮定した場合に、その移動端末において許容受信強度を提供する電磁場である。その後、他の移動端末１４０および１５０のそれぞれが信号を受信するのに必要な電磁場を決定する。これらの電磁場のそれぞれは、他の移動端末に向かうすでに決定された電磁場によって当該移動端末において提供される電磁場強度の関数として決定される。今述べたこの決定は、それぞれの電磁場について、それらが収束するまで繰り返される。この収束は、決定された電磁場と、前の反復の決定された電磁場との間の変化が小さいときに達成される。その後、それぞれの移動端末の方位角方向に向かうエネルギーの量が、こうして決定された電磁場に基づいて決定される。
【００２７】
電磁場がいつ収束するかを判定する１つの例示的な方法は次の通りである。まず、決定された電磁場から形成されることになる合成電磁場を決定する。次に、この合成電磁場に対応するいわゆる合成ビームパターンを求める（詳細は後述）。合成ビームパターンのパワーを計算し、最後の反復の合成電磁場に対応する合成ビームパターンと比較する。例えば、合成電磁場に対応する合成ビームパターンのパワーが、前の反復の合成電磁場に対応する合成ビームパターンの１％の誤差の範囲内にあるときに、電磁場は収束したとみなすことができる。
【００２８】
電磁場が収束した後、合成電磁場は、前述のように、移動端末１３０、１４０、および１５０のうちの少なくとも２つの移動端末のいずれの位置における強さも、その移動端末がその合成電磁場によって伝えられる信号を許容される程度で受信するのに必要な強さと少なくとも同程度（ただし、それより実質的に大きくはない）となるような電磁場である。これは、システム資源を節約し、他の信号との干渉を低減し、同時に送信可能な信号の数を増大させるため、容量を増大させ、したがって、収益を増大させる。
【００２９】
（なお、他の移動端末に向かう電磁場が移動端末の位置に許容受信電圧を誘起する場合、その移動端末に向かう電磁場は０であるように決定される。例えば、移動端末１４０もしくは１５０またはその両方への電磁場が移動端末１３０の位置に移動端末１３０の許容受信電圧を誘起する場合、移動端末１３０に向かう電磁場は０と決定される。）
【００３０】
特定の位置における電磁場の強さは、その位置における電磁場によって誘起される電圧として表すことができる。したがって、移動端末１３０、１４０、および１５０のうちの少なくとも２つの移動端末のいずれの位置に合成電磁場によって誘起される電圧も、実質的に最小の許容受信強度と少なくとも同程度（ただし、それより実質的に大きくはない）となる。この電圧を適正受信電圧という。
【００３１】
フェーズドアレーアンテナからある一定の半径における電磁場の強さは、電圧ビームパターンのようなビームパターンによって表すことができる。したがって、電磁場は、ビームパターンによって表すことができる。再び図２ａを参照すると、フェーズドアレーアンテナ２２５から同じ一定距離ｒにあるが方位角方向が異なる（例えば、それぞれ−８０°、−６７°、−５０°、−４０°、１５°、および６０°）いくつかの位置２６０、２６２、２６４、２６６、２６８、および２６９に電磁場を誘起する電圧の大きさが、方位角方向に対してプロットされている。プロットは、図６ａに示すようにデカルト座標系で表すことも、図６ｂに示すように極座標系で表すことも可能である。このように、フェーズドアレーアンテナから、電圧ビームパターン上の任意の点までの距離は、その点の方位角方向での一定距離ｒにおける電磁場によって誘起される電圧の大きさである。（なお、一定距離ｒは、フェーズドアレーアンテナ２２５から任意の距離とすることが可能であるが、ｒは通常、３０メートルとなるように選択される。）したがって、電圧ビームパターンは、電磁場によって誘起される電圧の大きさと、その電圧が誘起される位置の方位角方向との関係である。ただし、すべての位置は、フェーズドアレーアンテナ２２５から等距離にある。
【００３２】
本発明の実施例では、合成電磁場は、対応する合成電圧ビームパターンを決定することによって決定される。図７に、図５の電圧を誘起するのに必要な電磁場に対応する合成電圧ビームパターン１７５を示す。すでに説明したように、フェーズドアレーアンテナ２２５から、電圧ビームパターン上の任意の点までの距離は、その点の方位角方向での一定距離ｒにおける電磁場によって誘起される電圧の大きさである。したがって、合成電圧ビームパターン１７５上で、フェーズドアレーアンテナ２２５からの移動端末１３０、１４０、および１５０のいずれかまでの距離は、一定距離ｒにおけるその移動端末の方位角方向での電圧の大きさである。この大きさは、適正受信電圧がその移動端末の位置に誘起されるときに、一定距離ｒにおいてその移動端末の方位角方向に誘起される電圧と少なくとも同程度（ただし、それより実質的に大きくはない）である。
【００３３】
解析を容易にするため、図５においてベクトル５３２、５４２、および５５２によって示される適正受信電圧を、図８においてそれぞれベクトル８３２、８４２、および８５２によって示すように、正規化適正受信電圧に正規化する。正規化適正受信電圧とは、適正受信電圧が移動端末の位置に誘起されることを保証するために移動端末の方位角方向で一定距離ｒに誘起することが必要とされる電圧である。
【００３４】
再び図７を参照して、合成電圧ビームパターン１７５を決定する１つの方法について説明する。プロセッサ５２３は、それぞれの移動端末について、その移動端末における許容受信強度を提供するために生成しなければならない電圧ビームパターンを決定する。この決定は、他の移動端末についてすでに決定された電圧ビームパターンの、当該移動端末の位置における電磁場強度を考慮に入れる。この決定は、移動端末について決定された電圧ビームパターンが、それぞれの移動端末について適正受信強度に実質的に等しい電磁場強度を提供するまで、繰り返される。
【００３５】
上記のステップを実行する際に、プロセッサ５２３は、まず、第１の電圧ビームパターンを決定する。第１の電圧ビームパターンは、移動端末のうちの１つ（例えば、移動端末１３０）が、信号を受信することを必要とする唯一の移動端末であると仮定した場合に、その移動端末において許容受信電圧を誘起する電圧ビームパターンである。その後、他の移動端末１４０および１５０のそれぞれが信号を受信するのに必要な電圧ビームパターンを決定する。これらの電圧ビームパターンのそれぞれは、他の移動端末に向かうすでに決定された電圧ビームパターンによって当該移動端末の方向に提供される電圧の関数として決定される。今述べたこの決定ステップは、電圧ビームパターンが収束するまで繰り返される。
【００３６】
電圧ビームパターンが収束するのは、決定された電圧ビームパターンと、前の反復の決定された電圧ビームパターンとの間の変化が小さいときである。これがいつ起こるかを判定する１つの例示的な方法は次の通りである。まず、決定された電圧ビームパターンから形成されることになる合成電圧ビームパターンを決定する。合成ビームパターンのパワーを計算し、最後の反復の電圧ビームパターンから形成される合成ビームパターンのパワーと比較する。例えば、合成ビームパターンのパワーが、最後の反復の電圧ビームパターンから形成される合成ビームパターンのパワーの１％の誤差の範囲内にあるときに、電圧ビームパターンは収束したとみなすことができる。
【００３７】
さらに図７を参照して、本発明の一実施例に従って合成電圧ビームパターンを生成するために用いられるシェーピング（ビーム成形）方法について説明する。移動端末１３０、１４０、および１５０について、それぞれ、方位角方向θ_１、θ_２、およびθ_３、ならびに正規化適正受信電圧Ｖ_１、Ｖ_２、およびＶ_３を決定する。正規化適正受信電圧および方位角方向は、任意の方法で決定することができる。例えば、方位角方向を移動端末の位置から決定し、適正受信電圧を、移動端末から受信される誤り情報ビットのようなパワー制御情報あるいは信号品質情報のいずれかから決定した後に、正規化することができる。図９ａ、図９ｂ、および図９ｃはそれぞれ、基地局１１２と、移動端末１３０、１４０、および１５０のうちの１つとを含むセクタ１０２ａを示す。それぞれの移動端末１３０、１４０、および１５０はそれぞれ、その移動端末の方位角方向および正規化適正受信電圧を用いて生成可能な対応する電圧ビームパターン１３５、１４５、および１５５を有する。
【００３８】
正規化適正受信電圧および方位角方向を決定した後、移動端末のうちの１つ（例えば、移動端末１３０）に関する電圧ビームパターンを決定する。フェーズドアレーアンテナを用いて１つの移動端末へ信号を送信するビームパターンを形成する方法は周知であり、アンテナに関する文献、例えば、JOSEPH C. LIBERTI, JR and THEODORE S. RAPPAPORT, "SMART ANTENNAS FOR WIRELESS COMMUNICATIONS: IS-95 AND THIRD GENERATION CDMA APPLICATIONS", Prentice Hall PTR (1999)、に記載されている。フェーズドアレーアンテナを用いて１つの移動端末へ信号を送信するビームパターンを形成することについては、この文献の８３〜８８ページに記載されている。
【００３９】
図１０からわかるように、電圧ビームパターン１３５は、方位角方向θ_１、すなわち、移動端末１３０の方位角方向に正規化適正受信電圧Ｖ_１を提供するように、成形される。電圧ビームパターン１３５はまた、方位角方向θ_２、すなわち、移動端末１４０の方位角方向にも、ある電圧Ｖ_１′を提供する。図９ｂに示したように、移動端末１４０が信号を受信することを必要とする唯一の移動端末であると仮定した場合、フェーズドアレーアンテナ２２５は、移動端末１４０が信号を許容される程度で受信するために、方位角方向θ_２にＶ_２ボルトを提供する電圧ビームパターンを生成することが必要となる。しかし、図１０からわかるように、電圧ビームパターン１３５はすでに、方位角方向θ_２に、ある電圧を提供している。そこで、電圧ビームパターン１４５は、方位角方向θ_２にＶ_２−Ｖ_１′ボルトの電圧を提供するように決定される（これを、決定された電圧ビームパターン１４５′という）。図１１に、フェーズドアレーアンテナ２２５によって生成される、電圧ビームパターン１３５および１４５′を示す。
【００４０】
図９ｃに示したように、移動端末１５０が信号を受信することを必要とする唯一の移動端末であると仮定した場合、フェーズドアレーアンテナ２２５は、移動端末１５０が信号を許容される程度で受信するために、方位角方向θ_３にＶ_３ボルトを提供する電圧ビームパターンを生成することが必要となる。しかし、図１１からわかるように、電圧ビームパターン１３５および１４５′はすでに、方位角方向θ_３に、ある電圧Ｖ_１″およびＶ_２′をそれぞれ提供している。そこで、電圧ビームパターン１５５は、方位角方向θ_３にＶ_３−Ｖ_２′−Ｖ_１″ボルトの電圧を提供するように決定される（これを、決定された電圧ビームパターン１５５′という）。図１２に、フェーズドアレーアンテナ２２５によって生成される、電圧ビームパターン１３５、１４５′、および１５５′を示す。
【００４１】
図１２からわかるように、決定された電圧ビームパターン１４５′および１５５′は、方位角方向θ_１に、それぞれＶ_２″およびＶ_３′ボルトを提供する。したがって、電圧ビームパターン１３５は、決定された電圧ビームパターン１４５′および１５５′によって方位角方向θ_１に提供される電圧を考慮に入れて、再び決定される。電圧ビームパターン１３５を決定すると、決定された電圧ビームパターン１３５′が得られる。
【００４２】
電圧ビームパターン１３５を決定して、決定された電圧ビームパターン１３５′が得られると、それが方位角方向θ_２に提供する電圧の値Ｖ_１′が変化する。さらに、電圧ビームパターン１５５′は、方位角方向θ_２にＶ_３″ボルトを提供する。したがって、今度は、決定された電圧ビームパターン１５５′および１３５′を考慮に入れて、電圧ビームパターン１４５′を再び決定しなければならない。電圧ビームパターン１４５′のこの決定は、それが方位角方向θ_１およびθ_３に提供している電圧の値を変化させる。決定された電圧ビームパターン１３５′および１４５′が再び決定されているため、新たに決定された電圧ビームパターン１３５′および１４５′を考慮に入れて、決定された電圧ビームパターン１５５′を再び決定しなければならない。
【００４３】
３個の電圧ビームパターンを決定するこのプロセスは、３個の電圧ビームパターンのそれぞれが収束するまで繰り返される。電圧ビームパターンが収束するのは、決定された電圧ビームパターンと、前の反復の決定された電圧ビームパターンとの間の変化が小さいときである。これがいつ起こるかを計算するため、まず、決定された電圧ビームパターンから形成されることになる合成電圧ビームパターンを決定する。合成ビームパターンのパワーを計算し、最後の反復の電圧ビームパターンから形成される合成ビームパターンのパワーと比較する。例えば、合成ビームパターンのパワーが、最後の反復の電圧ビームパターンから形成される合成ビームパターンのパワーの１％の誤差の範囲内にあるときに、電圧ビームパターンは収束したとみなすことができる。
【００４４】
このシェーピング方法の代替実施例では、移動端末の方位角方向に向かうエネルギーの量は次のように求められる。まず、それぞれの移動端末について、その移動端末が信号を受信することを必要とする唯一の移動端末であると仮定した場合に、その移動端末における許容受信強度を提供するために生成しなければならない電磁場を決定する。次に、これらの電磁場を用いてスケーリングファクタを決定する。これは、以下で説明するように、少なくとも２つの移動端末について決定された電磁場が、これらの２つの移動端末のそれぞれについて適正受信強度に実質的に等しい電磁場強度を提供するように、それぞれの電磁場をスケーリングする係数である。
【００４５】
したがって、このシェーピング方法は、結果として得られる合成電圧ビームパターンが、移動端末１３０、１４０、および１５０のうちの少なくとも２つの移動端末のいずれの位置においても、正規化適正受信電圧と少なくとも同程度（ただし、それより実質的に大きくはない）となる電圧を有するように、電圧ビームパターン１３５、１４５、および１５５を決定し結合する。これは、システム資源を節約し、他の信号との干渉を低減し、同時に送信可能な信号の数を増大させるため、容量を増大させ、したがって、収益を増大させる。
【００４６】
シェーピング方法の数学的説明
図１３に、フェーズドアレーアンテナ２２５を詳細に示す。フェーズドアレーアンテナ２２５は、Ｍ×Ｎ個のアンテナ素子のアレイを有する。フェーズドアレーアンテナ２２５は、アンテナ素子の列もしくは行またはその両方を用いて、生成された電磁場を、したがって電圧ビームパターンを成形して向きづける。例えば、フェーズドアレーアンテナ２２５は、アンテナ素子のＭ個の列を用いて、１つの方向（例えば方位角方向）に電圧ビームパターンを成形し向きづけることができる。フェーズドアレーアンテナ２２５はまた、アンテナ素子のＮ個の行を用いて、別の方向（例えば仰角方向）に電圧ビームパターンを成形し向きづけることができる。
【００４７】
図７と図１３を同時に参照して、フェーズドアレーアンテナ２２５が、移動端末１３０において正規化適正受信電圧を生成するビームパターンを生成する方法について説明する。前述のように、送信器５２２は、移動端末１３０に対する方位角方向θ_１および正規化適正受信電圧Ｖ_１を求める。
【００４８】
フェーズドアレーアンテナ２２５は、アンテナ素子のそれぞれの列に対応する重みＷ_１（ｓｉｎθ_１），...，Ｗ（ｓｉｎθ_１）を有する。それぞれの重みＷ_１（ｓｉｎθ_１），...，Ｗ（ｓｉｎθ_１）は、式（１）で示されるような振幅および重みを有する。
【数１】

ただし、ｄは、２つの隣り合うアンテナ列の間の距離であり、λは、フェーズドアレーアンテナのキャリア周波数に対する波長であり、ｙは、アンテナ列の番号（１〜Ｍの任意の数）である。式１からわかるように、重みＷ_１（ｓｉｎθ_１），...，Ｗ（ｓｉｎθ_１）の位相は、移動端末１３０の方位角方向θ_１に依存する。
【００４９】
フェーズドアレーアンテナ２２５は、電圧Ｖ_１１と、重みＷ_１（ｓｉｎθ_１），...，Ｗ（ｓｉｎθ_１）を用いて、ビームパターン１３５を生成する。当業者に周知のように、Ｖ_１１は、フェーズドアレーアンテナ２２５が、移動端末１３０が信号を許容される程度で受信することを保証するためにのみ電圧ビームパターンを生成しなければならないと仮定した場合に、正規化適正受信電圧Ｖ_１を誘起するためにフェーズドアレーアンテナ２２５によって使用されることが可能な電圧である。フェーズドアレーアンテナ２２５は、アンテナ素子のそれぞれの列に対して、電圧Ｖ_１１と、その列に対応する重みＷ_１（ｓｉｎθ_１），...，Ｗ（ｓｉｎθ_１）との積を提供する。重みＷ_１（ｓｉｎθ_１），...，Ｗ（ｓｉｎθ_１）は、式２に示すような重みベクトルＺ_１を構成する。
Ｚ_１＝［Ｗ_１（ｓｉｎθ_１），Ｗ_２（ｓｉｎθ_１），...，Ｗ（ｓｉｎθ_１）］の転置 （２）
【００５０】
電圧ビームパターン１３５は、Ｖ_１ｆ（ｕ−ｕ_１）と表すことができる。ただし、ｕはｓｉｎ（θ）であり、ｕ_１はｓｉｎ（θ_１）であり、
【数２】

である。
【００５１】
ｕ方向におけるビームパターン１３５の電圧は、Ｆ_１（ｕ）と表すことができる。すなわち、Ｆ_１（ｕ）＝Ｖ_１ｆ（ｕ−ｕ_１）である。
【００５２】
こうして、フェーズドアレーアンテナ２２５は、重みベクトルと電圧を用いて電圧ビームパターンを生成する。したがって、それぞれの電圧ビームパターン１３５、１４５、および１５５に対応する重みベクトルＺ_１、Ｚ_２、およびＺ_３がある。上記のシェーピング方法に従って電圧ビームパターンを決定するため、重みベクトルＺ_１、Ｚ_２、Ｚ_３のそれぞれに、スケーリングファクタＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３をそれぞれ乗じる。次に、スケーリングされた重みベクトルを結合して、合成ビームパターン１７５の合成重みベクトルＺ_５を求める。したがって、合成重みベクトルＺ_５は式（４）で与えられる。
Ｚ_５＝Ｃ_１Ｚ_１＋Ｃ_２Ｚ_２＋Ｃ_３Ｚ_３ （４）
【００５３】
上記のシェーピング方法に基づいて、スケーリングファクタＣ_１、Ｃ_２、およびＣ_３を決定する１つの方法について説明する。
【００５４】
方位角方向θ_ｘにおける合成ビームパターン１７５の電圧Ｆ_５（ｕ_ｘ）は、方位角方向θ_ｘ（すなわち、特定の移動端末の方位角方向）におけるビームパターン１３５、１４５、および１５５の部分に、対応するスケーリングファクタＣ_１、Ｃ_２、Ｃ_３を乗じたものの和である。すなわち、方位角方向θ_ｘにおける電圧の値Ｆ_５（ｕ_ｘ）は、式５に示すとおりである。
Ｆ_５（ｕ_ｘ）＝［Ｃ_１ｆ（ｕ_ｘ−ｕ_１）＋Ｃ_２ｆ（ｕ_ｘ−ｕ_２）＋Ｃ_３ｆ（ｕ_ｘ−ｕ_３）］ （５）
【００５５】
ただし、
ｘは、移動端末１３０に対して１、移動端末１４０に対して２、移動端末１５０に対して３であり、
Ｃ_１ｆ（ｕ_ｘ−ｕ_１）は、方位角方向θ_ｘにおける電圧ビームパターン１３５の部分であり、
Ｃ_２ｆ（ｕ_ｘ−ｕ_２）は、方位角方向θ_ｘにおける電圧ビームパターン１４５の部分であり、
Ｃ_３ｆ（ｕ_ｘ−ｕ_３）は、方位角方向θ_ｘにおける電圧ビームパターン１５５の部分であり、
ｕ_ｘは、ｓｉｎ（θ_ｘ）であり、
ｕ_１は、ｓｉｎ（θ_１）であり、
ｕ_２は、ｓｉｎ（θ_２）であり、
ｕ_３は、ｓｉｎ（θ_３）である。
【００５６】
３つの方位角方向θ_１、θ_２、およびθ_３のそれぞれにおける合成電圧ビームパターン１７５の電圧は、式（５）を用いて計算することができる。
【００５７】
方位角方向θ_１における合成電圧ビームパターン１７５の電圧Ｆ_５（ｕ_１）は、式６で与えられる。
Ｆ_５（ｕ_１）＝［Ｃ_１＋Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）＋Ｃ_３ｆ（ｕ_１−ｕ_３）］ （６）
方位角方向θ_２における合成電圧ビームパターン１７５の電圧Ｆ_５（ｕ_２）は、式７で与えられる。
Ｆ_５（ｕ_２）＝［Ｃ_１ｆ（ｕ_２−ｕ_１）＋Ｃ_２＋Ｃ_３ｆ（ｕ_２−ｕ_３）］ （７）
方位角方向θ_３における合成電圧ビームパターン１７５の電圧Ｆ_５（ｕ_３）は、式８で与えられる。
Ｆ_５（ｕ_３）＝［Ｃ_１ｆ（ｕ_３−ｕ_１）＋Ｃ_２ｆ（ｕ_３−ｕ_２）＋Ｃ_３］ （８）
【００５８】
合成電圧ビームパターン１７５は、方位角方向θ_ｘにおいて少なくとも正規化適正受信電圧を提供しなければならない。したがって、方位角方向θ_ｘにおける電圧Ｆ_５（ｕ_ｘ）の大きさは、方位角方向θ_ｘにおいて必要とされる正規化適正受信電圧Ｖ_ｘ以上でなければならない。
｜Ｆ_５（ｕ_ｘ）｜≧Ｖ_ｘ （９）
３つの移動端末に対する値をｘに代入すると、式９から次の３つの不等式が導かれる。
｜［Ｃ_１＋Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）＋Ｃ_３ｆ（ｕ_１−ｕ_３）］｜≧Ｖ_１ （１０）
｜［Ｃ_１ｆ（ｕ_２−ｕ_１）＋Ｃ_２＋Ｃ_３ｆ（ｕ_２−ｕ_３）］｜≧Ｖ_２ （１１）
｜［Ｃ_１ｆ（ｕ_３−ｕ_１）＋Ｃ_２ｆ（ｕ_３−ｕ_２）＋Ｃ_３］｜≧Ｖ_３ （１２）
不等式１０において絶対値をはずしてＣ_１について解くと、次式が得られる。
Ｃ_１≧Ｖ_１−［Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）＋Ｃ_３ｆ（ｕ_１−ｕ_３）］ （１３）
または Ｃ_１≦−Ｖ_１−［Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）＋Ｃ_３ｆ（ｕ_１−ｕ_３）］ （１４）
【００５９】
しかし、方位角方向θ_１における決定された電圧ビームパターン１４５′および１５５′の部分の和、すなわち、［Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）＋Ｃ_３ｆ（ｕ_１−ｕ_３）］が、正規化適正受信電圧Ｖ_１より大きい場合、決定された電圧ビームパターン１３５′は不要であるため、Ｃ_１は０とおくことができる。したがって、不等式１３および１４は次のようになる。
Ｃ_１＝ｍａｘ（０，Ｖ_１−［Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）＋Ｃ_３ｆ（ｕ_１−ｕ_３）］） （１５）
または Ｃ_１＝ｍｉｎ（０，−Ｖ_１−［Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）＋Ｃ_３ｆ（ｕ_１−ｕ_３）］） （１６）
同様に、不等式１１は次のようになる。
Ｃ_２＝ｍａｘ（０，Ｖ_２−［Ｃ_１ｆ（ｕ_２−ｕ_１）＋Ｃ_３ｆ（ｕ_２−ｕ_３）］） （１７）
または Ｃ_２＝ｍｉｎ（０，−Ｖ_２−［Ｃ_１ｆ（ｕ_２−ｕ_１）＋Ｃ_３ｆ（ｕ_２−ｕ_３）］） （１８）
同様に、不等式１２は次のようになる。
Ｃ_３＝ｍａｘ（０，Ｖ_３−［Ｃ_１ｆ（ｕ_３−ｕ_１）＋Ｃ_２ｆ（ｕ_３−ｕ_２）］） （１９）
または Ｃ_３＝ｍｉｎ（０，−Ｖ_３−［Ｃ_１ｆ（ｕ_３−ｕ_１）＋Ｃ_２ｆ（ｕ_３−ｕ_２）］） （２０）
【００６０】
それぞれのスケーリングファクタについて２つの選択肢があるため（Ｃ_１について式１５または１６、Ｃ_２について式１７または１８、Ｃ_３について式１９または２０）、スケーリングファクタの組合せは８通りある。なお、Ｃ_１は、式１５では０以上であり、式１６では０以下である。Ｃ_２は、式１７では０以上であり、式１８では０以下である。Ｃ_３は、式１９では０以上であり、式２０では０以下である。記載を簡単にするため、まず、式１５、１７、および１９の結果として、すべてのスケーリングファクタＣ_１、Ｃ_２、およびＣ_３から得られるスケーリングファクタの組合せが正である場合のシェーピング方法について説明する。
【００６１】
正規化適正受信電圧Ｖ_１、Ｖ_２、およびＶ_３、ならびに、方位角方向θ_１、θ_２、およびθ_３を決定した後、電圧ビームパターンのうちの１つ（例えば１３５）を、あたかも移動端末１３０（これは、この電圧ビームパターンに対応する）が信号を受信することを必要とする唯一の移動端末であるかのように、生成する。これを生成するために、Ｃ_２およびＣ_３を０とおく。式１５においてＣ_２およびＣ_３を０とおくと、Ｃ_１はＶ_１に等しくなる。
【００６２】
次に、方位角方向θ_２における電圧ビームパターン１３５の部分、すなわち、Ｃ_１ｆ（ｕ_２−ｕ_１）を用いて、決定された電圧ビームパターン１４５′を計算する。ビームパターン１４５′を生成するため、Ｃ_１を、今得られたＣ_１の値とし（すなわち、Ｃ_１＝Ｖ_１）、Ｃ_３を０とおく。式１７においてＣ_１＝Ｖ_１かつＣ_３＝０とおいて、Ｃ_２を計算する。この計算されたＣ_２をＣ_２′ということにする。
【００６３】
次に、方位角方向θ_３における電圧ビームパターン１３５および１４５′の部分、すなわち、Ｃ_１ｆ（ｕ_３−ｕ_１）およびＣ_２ｆ（ｕ_３−ｕ_２）を用いて、決定された電圧ビームパターン１５５′を計算する。決定された電圧ビームパターン１５５′を生成するため、Ｃ_１およびＣ_２を、今得られたＣ_１およびＣ_２の値とし（すなわち、Ｃ_１＝Ｖ_１かつＣ_２＝Ｃ_２′）とする。式１９においてＣ_１＝Ｖ_１かつＣ_２＝Ｃ_２′とおいて、Ｃ_３を計算し、これをＣ_３′ということにする。
【００６４】
ここで、決定された電圧ビームパターン１４５′および１５５′は、方位角方向θ_１に電圧を提供する可能性がある。したがって、今得られたＣ_２およびＣ_３の値を用いてＣ_１を再計算して、決定された電圧ビームパターン１３５′を求めなければならない。
【００６５】
Ｃ_１を再計算すると、方位角方向θ_２における決定された電圧ビームパターン１３５′の部分が変化することになる。さらに、決定された電圧ビームパターン１５５′が、方位角方向θ_２に、ある電圧を提供している。したがって次に、今得られたＣ_１およびＣ_３の値を用いてＣ_２を再計算しなければならない。
【００６６】
Ｃ_１およびＣ_２を再計算すると、方位角方向θ_３における決定された電圧ビームパターン１３５′および１４５′の部分が変化することになる。したがって次に、今得られたＣ_１およびＣ_２の値を用いてＣ_３を再計算しなければならない。
【００６７】
スケーリングファクタＣ_１、Ｃ_２、およびＣ_３を反復して再計算するこのプロセスは、３つのスケーリングファクタのそれぞれが収束するまで継続しなければならない。スケーリングファクタが収束するのは、再計算されたスケーリングファクタと、前の反復のスケーリングファクタとの間の変化が小さいときである。
例えば、スケーリングファクタを用いて決定される合成電圧ビームパターンの全パワーが、前の反復のスケーリングファクタを用いて決定される合成電圧ビームパターンの全パワーの１％の誤差の範囲内にあるときに、スケーリングファクタは収束したとみなすことができる。
【００６８】
式１５、１６、１７、１８、１９および２０に戻ると、それぞれのスケーリングファクタについて２つの選択肢がある。すなわち、各スケーリングファクタＣ_１、Ｃ_２、およびＣ_３は、式１５、１７、および１９を解くことによってそれぞれ０以上となる可能性があり、また、各スケーリングファクタＣ_１、Ｃ_２、およびＣ_３は、式１６、１８、および２０を解くことによってそれぞれ０以下となる可能性がある。各スケーリングファクタについて２つの方程式があるため、方程式の組合せは８通りあり、これはスケーリングファクタの８通りの組合せを生じる。
【００６９】
【表１】

【００７０】
今説明したシェーピング方法は、組合せ１についてのものである。好ましい実施例では、前半の４つまたは後半の４つのいずれかの組合せが選択される。この４つの組合せのそれぞれを用いて、組合せ１について前述したのと同様にして、スケーリングファクタのセットを計算する。次に、それぞれのスケーリングファクタのセットを用いて、合成ビームパターンを生成する。次に、合成ビームパターンのパワーを計算する。最小パワーの合成ビームパターンを、図５に示した合成ビームパターン１７５として選択すべきである。プロセッサ５２３は、スケーリングファクタの組合せを計算するために使用可能である。
【００７１】
次に、４つの組合せのみを使用する理由について説明する。組合せ１は、組合せ８によって生成されるスケーリングファクタと大きさが等しく逆符号のスケーリングファクタのセットを生成する。これらの２つのスケーリングファクタのセットは等しい大きさおよび逆符号を有するため、重みベクトルＺ_１、Ｚ_２およびＺ_３の和の大きさをこれらのスケーリングファクタの一方のセットによってスケーリングしたものは、重みベクトルＺ_１、Ｚ_２およびＺ_３の和の大きさを他方のスケーリングファクタのセットによってスケーリングしたものと等しくなる。パワーを求めるためにこれらの２つの和を２乗すると、２つの和の２乗は相等しくなる。したがって、組合せ１および８によって生成されるスケーリングファクタは、等しいパワーを有する電圧ビームパターンを生成するので、どの合成電圧ビームパターンが最小パワーとなるかを考慮する際には、これらのスケーリングファクタのセットのうちの一方のセットのみで十分である。
【００７２】
同様に、組合せ２は、組合せ７によって生成されるスケーリングファクタと大きさが等しく逆符号のスケーリングファクタのセットを生成する。したがって、上記で説明したように、どの合成電圧ビームパターンが最小パワーとなるかを考慮する際には、これらのスケーリングファクタのセットのうちの一方のセットのみを用いれば十分である。同様に、組合せ３は、組合せ６によって生成されるスケーリングファクタと大きさが等しく逆符号のスケーリングファクタのセットを生成し、組合せ４は、組合せ５によって生成されるスケーリングファクタと大きさが等しく逆符号のスケーリングファクタのセットを生成する。
【００７３】
今説明したステップの系列は、スケーリングファクタＣ_１、Ｃ_２、およびＣ_３を決定する１つの方法である。次に、上記の本発明の代替実施例に従ってスケーリングファクタを決定する別の方法について説明する。解析を容易にするため、２個の移動端末の場合についてこの説明を行う。２個の移動端末があるとき、式１５〜１８は次のようになる。
Ｃ_１＝ｍａｘ（０，Ｖ_１−［Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）］） （２１）
または Ｃ_１＝ｍｉｎ（０，−Ｖ_１−［Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）］） （２２）
同様に、式１４は次のようになる。
Ｃ_２＝ｍａｘ（０，Ｖ_２−［Ｃ_１ｆ（ｕ_２−ｕ_１）］） （２３）
または Ｃ_２＝ｍｉｎ（０，−Ｖ_２−［Ｃ_１ｆ（ｕ_２−ｕ_１）］） （２４）
【００７４】
ｆ（ｕ）は偶関数であるため、ｆ（ｕ_１−ｕ_２）＝ｆ（ｕ_２−ｕ_１）である。
したがって、２個のスケーリングファクタのそれぞれについて、２つの式、すなわち、Ｃ_１について２１または２２、また、Ｃ_２について２３または２４、のいずれを選択するかを決定した後には、２変数Ｃ_１およびＣ_２に関する２つの方程式があり、これらはＣ_１およびＣ_２について解くことができる。使用すべき方程式の選択は、２つの移動端末への２つの電磁場どうしの干渉のタイプおよび量に基づく。干渉のタイプおよび量は、ｆ（ｕ_１−ｕ_２）の大きさから決定することができる。
【００７５】
０≦ｆ（ｕ_１−ｕ_２）≦Ｖ_２／Ｖ_１のとき、式２１および２３が用いられ、したがって、
Ｃ_１＝Ｖ_１−Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）、かつ、Ｃ_２＝Ｖ_２−Ｃ_１ｆ（ｕ_１−ｕ_２）
である。これらの２つの方程式をＣ_１およびＣ_２について解くと、次のようになる。
【数３】

【００７６】
Ｖ_２／Ｖ_１≦ｆ（ｕ_１−ｕ_２）≦１のとき、Ｃ_１＝Ｖ_１、かつ、Ｃ_２＝０である。
【００７７】
−Ｖ_２／Ｖ_１≦ｆ（ｕ_１−ｕ_２）≦０のとき、式２１および２４が用いられ、したがって、
Ｃ_１＝Ｖ_１−Ｃ_２ｆ（ｕ_１−ｕ_２）、かつ、Ｃ_２＝−Ｖ_２−Ｃ_１ｆ（ｕ_１−ｕ_２）
である。これらの２つの方程式をＣ_１およびＣ_２について解くと、次のようになる。
【数４】

【００７８】
ｆ（ｕ_１−ｕ_２）≦−Ｖ_２／Ｖ_１のときは、Ｃ_１＝Ｖ_１、かつ、Ｃ_２＝０である。
【００７９】
ヌル充填ファクタ
さらに、好ましい実施例では、合成重みベクトルＺ_５をさらにロバストにすることにより、ビームパターンをさらにロバストにすることができる。式２に示したように、重みベクトルは、アンテナ素子のそれぞれの列に関する重みの転置であり、また、式４に記載したように、合成重みベクトルは、個々の電圧ビームパターンのスケーリングされた重みベクトルの和である。式２および４と、アンテナ素子のそれぞれの列に関する重みＺ_５１，...，Ｚ_５Ｍとを用いると、合成重みベクトルを次のように決定することができる。
Ｚ_５＝［Ｚ_５１，...，Ｚ_５Ｍ］の転置 （２５）
【００８０】
前述のように、シェーピング方法に従って、電圧ビームパターン１３５、１４５、１５５のうちの１つが生成される。図１４に、デカルト座標系でプロットした合成電圧ビームパターン１３５を示す。図１４からわかるように、電圧ビームパターンのうちの１つ（例えば、電圧ビームパターン１３５）が生成されると、この電圧ビームパターンは、大きい中心ローブ９１０と、それより小さいサイドローブ９２０および９３０とを有し、これらのローブの間にヌル領域９４０および９５０がある。中心ローブ９１０は、移動端末１３０へと成形され向けられている。第２の移動端末（例えば、移動端末１４０）が、ビームパターン１３５の中心ローブまたはサイドローブのうちの１つにある場合、合成ビームパターン１７５は、第２の移動端末が信号を許容される程度で受信するために方位角方向θ_２に追加電圧を必要としないため、スケーリングファクタＣ_２は０とおかれる。したがって、決定された電圧ビームパターン１４５′は０となり、合成ビームパターン１７５は、Ｃ_２を０とおいて計算される。
【００８１】
しかし、移動端末１４０がローブの端に近い場合、これは問題を生じることがある。移動端末１４０がヌル領域のうちの１つ（例えば、ヌル領域９５０）に位置する場合、移動端末１４０の方位角方向を求めるときにわずかな誤差があっても、システムは、移動端末１４０が、ローブのうちの１つ（この場合には、ローブ９２０）のパターン内に位置すると判定する可能性がある。したがって、信号が実際には移動端末１４０によって許容される程度で受信されていないときでも、送信器は、フェーズドアレーアンテナが、移動端末１４０によって許容される程度で受信される信号を伝える合成電圧ビームパターンを生成していると判定する可能性がある。
【００８２】
方位角方向推定誤差に対して、よりロバストな合成ビームパターンを形成するため、重みベクトルＺ_５にヌル充填ファクタηを付加して重みベクトルＺ_６を生成する。式２５にヌル充填ファクタηを付加すると式２６が得られる。
【数５】

次に、重みベクトルＺ_６を用いて合成電圧ビームパターン１８５を生成する。ヌル充填ファクタηは、ヌルを低減するが、フェーズドアレーアンテナによって提供されるビームパターンを狭くするという利点を打ち消すほど実質的にローブを増大させるほどではないような任意の値とすることが可能である。具体的には、ヌル充填ファクタηは、０．８〜１．２とすることが可能である。
【００８３】
以上は単なる例示である。したがって、例えば、実施例では、本発明の方法について、３個の移動端末の場合を説明したが、代替実施例として、本発明の方法は、２個以上の任意の個数の移動端末の場合にも使用可能である。
【００８４】
さらに、実施例では、電圧ビームパターンは、正規化電圧を用いて生成される。代替実施例では、電圧ビームパターンは、電圧を正規化せずに生成することも可能である。この場合、それぞれの電圧ビームパターンは、フェーズドアレーアンテナからの相異なる距離に誘起される電圧を用いて決定される。これは、ある移動端末の位置に、別の移動端末へ向かう電圧ビームパターンによって提供される電圧の大きさを計算するときに、考慮に入れなければならない。例えば、第１の電圧ビームパターン（第１の移動端末に対応する）が第２の方位角方向（第２の移動端末の方位角方向）に提供する電圧の大きさは、第１の電圧ビームパターンに対応する電磁場によって第２の方位角方向においてフェーズドアレーアンテナから第２の移動端末までの距離に誘起される電圧の大きさとなる。
【００８５】
さらに、実施例では、電圧の大きさはｒ＝３０メートルに正規化されるが、代替実施例では、ｒは任意の距離とすることが可能であり、その場合、電圧の大きさは、フェーズドアレーアンテナからのその距離に誘起される電圧に正規化されることになる。
【００８６】
さらに、当業者には認識されるように、実施例では、各セルは３個の１２０°セクタに分割されるが、セルは、許容される任意のサイズの、任意の個数のセクタに分割することが可能である。また、セルは、全方位セクタとすることが可能であり、その場合、各セルは１個の３６０°セクタを有する。
【００８７】
さらに、実施例では、プロセッサ５２３は、図５において、送信器５２２に配置されるように示されているが、本発明の代替実施例では、プロセッサ５２３は、ワイヤレス通信システムの任意の位置（例えば、基地局１１２の別の部分や、ＭＳＣ）に配置することが可能である。
【００８８】
さらに、実施例では、本発明は、特定の方位角方向に集束した電磁場を用いて実行されるが、代替実施例では、本発明は、別の方向（例えば、仰角方向）に集束した電磁場を用いて実施することも可能である。
【００８９】
特許請求の範囲の発明の要件の後に括弧で記載した番号は、本発明の一実施例の対応関係を示すもので本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤレス通信システムの一部のブロック図である。
【図２】図２ａは、図１のワイヤレス通信システムのセクタを示す図である。このセクタは、信号を１つの移動端末に送信するフェーズドアレーアンテナを有する基地局を含む。図２ｂは、ワイヤレス通信システムのセクタを示す図である。このセクタは、信号を１つの移動端末に送信する非フェーズドアレーアンテナを有する基地局を含む。
【図３】ワイヤレス通信システムのセクタを示す図である。このセクタは、フェーズドアレーアンテナを有する基地局を含む。また、この図は、移動端末が信号を許容される程度で受信するために、これらの移動端末の位置で誘起されることが必要となる電圧の大きさを示す。
【図４】弱め合う干渉の結果として、図３の移動端末の位置で誘起される電圧を示す図である。
【図５】図１のワイヤレス通信システムのセクタを示す図である。このセクタは、フェーズドアレーアンテナを有する基地局を含む。また、この図は、移動端末が信号を許容される程度で受信するために、これらの移動端末の位置で誘起される電圧の大きさを示す。
【図６】図６ａは、図２ａの電磁場を表す電圧ビームパターンのデカルト座標系におけるプロットを示す図である。図６ｂは、図２ａの電磁場を表す電圧ビームパターンの極座標系におけるプロットを示す図である。
【図７】図５のフェーズドアレーアンテナによって生成される電圧ビームパターンを示す図である。
【図８】図５の電圧を正規化したものを示す図である。
【図９】図９ａ、図９ｂ、および図９ｃは、移動端末のうちの１つのみに信号を送信するために図５のフェーズドアレーアンテナによって生成される電圧ビームパターンを示す図である。
【図１０】第１の移動端末に信号を送信する図５のフェーズドアレーアンテナによって生成される電圧ビームパターンを示すとともに、第２の移動端末にその信号を送信するのに必要とされる追加ビームパターンを示す図である。
【図１１】第１の移動端末に信号を送信する図５のフェーズドアレーアンテナによって生成される電圧ビームパターンと、第２の移動端末にその信号を送信するのに必要とされる追加ビームパターンと、第３の移動端末にその信号を送信するのに必要とされる追加ビームパターンとを示す図である。
【図１２】図１１の３個のビームパターンを送信する図５のフェーズドアレーアンテナを示す図である。
【図１３】フェーズドアレーアンテナのブロック図である。
【図１４】重みベクトルを用いて生成される合成電圧ビームパターンと、重みベクトルおよびヌル充填ファクタを用いて生成される合成電圧ビームパターンとを示す図である。
【符号の説明】
１００ ワイヤレス通信システム
１０２，１０４，１０６ セル
１０２ａ〜１０２ｃ，１０４ａ〜１０４ｃ，１０６ａ〜１０６ｃ セクタ
１１２，１１４，１１６ 基地局
１１８ 移動通信交換センタ（ＭＳＣ）
１１９ ネットワーク
１２０，１３０，１４０，１５０ 移動端末
１３５，１４５，１５５ 電圧ビームパターン
１７５，１８５ 合成電圧ビームパターン
２０１ ブロードサイド
２０４ａ セクタ
２１４ 基地局
２２４ 送信器
２２５ フェーズドアレーアンテナ
２２８ 送信器
２２９ 非フェーズドアレーアンテナ
３０２ セクタ
３２２ 送信器
３３０，３４０，３５０ 移動端末
５２２ 送信器
５２３ プロセッサ
９１０ 中心ローブ
９２０，９３０ サイドローブ
９４０，９５０ ヌル領域

Claims (18)

1. 少なくとも２つの端末へ信号を運ぶための合成電磁場を生成する方法であって、前記方法が複数の方向へエネルギーを方向付けるステップを含み、
   各端末の方向へ方向付けられるべきエネルギー量が少なくとも２つの端末の位置及び許容受信強度の関数で、
   前記方向は方位角方向で、
   端末の許容受信強度が、電磁場により運ばれる信号を受信するために端末に必要な電磁場強度と少なくとも同じで、しかし著しく大きくは無い大きさの電磁場強度を含み、
   前記方向付けるステップは、
   各端末について、１つの端末の位置において、その他の端末の事前に決定された電磁場強度を考慮し、そこでの許容受信強度を提供するために生成される必要のある前記１つの端末のための電磁場を決定する第１の決定ステップ、
   少なくとも２つの端末の決定されるべき電磁場が、前記少なくとも２つの端末各々の適正受信強度に実際等しい電磁場強度を提供するまで、前記第１の決定ステップを繰り返す繰り返しステップ、そして、
   そのように決定された電磁場に基づき、各端末の方向へ前記方向付けられるべきエネルギー量を決定する第２の決定ステップを含むことを特徴とする方法。
2. 各電磁場は複数のビームパターンの１つによって表現され、
   前記第１の決定ステップは、１つの端末の位置において、その他の端末の事前に決定されたビームパターンの電磁場強度を考慮し、前記１つの端末に関して、そこでの許容受信強度を提供するために生成される必要のある前記各端末のビームパターンを決定するステップを含み、
   前記繰り返しステップは、少なくとも２つの端末について決定されるべき電磁場が、前記少なくとも２つの端末各々の適正受信強度に実際等しい電磁場強度を提供するまで、前記第１の決定ステップを繰り返すステップを含む請求項１記載の方法。
3. 前記ビームパターンが電圧ビームパターンで、
   前記許容受信強度は許容受信電圧で、そして、
   前記適正受信強度は適正受信電圧である請求項２記載の方法。
4. 複数の重みベクトルの１つが前記ビームパターンの各々に対応し、
   前記第２の決定ステップが、
   ヌル充填ファクタ及び前記複数の重みベクトルを用いて合成重みベクトルを決定するステップ、
   前記合成重みベクトルを用いて、前記合成電磁場を表現する合成ビームパターンを決定するステップ、
   前記合成電磁場に基づき、各端末の方向へ、前記方向付けられるべきエネルギー量を決定するステップを含む請求項２記載の方法。
5. 前記第２の決定ステップで決定されたエネルギー量を送信するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
6. 少なくとも２つの端末へ信号を運ぶための合成電磁場を生成する方法であって、前記方法が複数の方向へエネルギーを方向付けるステップを含み、
   各端末の方向へ方向付けられるべきエネルギー量が少なくとも２つの端末の位置及び許容受信強度の関数であり、
   前記方向は方位角方向で、
   端末の許容受信強度が、電磁場により運ばれる信号を受信するために端末に必要な電磁場強度と少なくとも同じで、しかし著しく大きくは無い大きさの電磁場強度を含み、
   前記方向付けるステップは、
   各端末について、１つの端末が信号を受信する必要のある最適の端末であった場合、そこでの許容受信強度を提供するために、前記１つの端末の生成される必要のある電磁場を決定するステップ、
   少なくとも２つの端末に関係し、そのスケーリングファクタによってスケーリングされる各電磁場が、これら少なくとも２つの端末の各々の位置における、端末自身の適正受信強度に実際等しい電磁場強度を提供するような、各電磁場のスケーリングファクタを決定するステップ、
   少なくとも２つの端末に関係し、そのスケーリングファクタによって各電磁場をスケーリングするステップ、そして、
   そのように決定された電磁場に基づき、各端末の方向へ方向付けられるべきエネルギー量を決定するステップを含むことを特徴とする方法。
7. 複数の方向へエネルギーを方向付けることにより少なくとも２つの端末へ信号を運ぶための合成電磁場を生成する送信機であって、各端末の方向へ方向付けられるべきエネルギー量は、少なくとも２つの端末の位置及び許容受信強度の関数で、
   前記方向は方位角方向で、
   端末の許容受信強度は、電磁場により運ばれる信号を受信するために端末に必要な電磁場強度と少なくとも同じで、しかし著しく大きくは無い大きさの電磁場強度を含み、
   前記送信機は、
   第１の決定ステップとして、各端末について、１つの端末の位置において、その他の端末の事前に決定された電磁場強度を考慮し、そこでの許容受信強度を提供するために生成される必要のある前記１つの端末のための電磁場を決定し、
   繰り返しステップとして、少なくとも２つの端末の決定されるべき電磁場が、前記少なくとも２つの端末各々の適正受信強度に実際等しい電磁場強度を提供するまで、前記第１の決定ステップを繰り返し、
   第２の決定ステップとして、そのように決定された電磁場にもとづき、各端末の方向へ方向付けられるべきエネルギー量を決定
   する第１のモードを有する処理装置をさらに含むことを特徴とする送信機。
8. 各電磁場は複数のビームパターンの１つにより表現され、
   前記第１の決定ステップは、１つの端末の位置において、その他の端末の事前に決定されたビームパターン電磁場強度を考慮し、前記１つの端末に関して、そこでの許容受信強度を提供するために生成される必要のある前記各端末のビームパターンを決定するステップを含み、そして、
   前記繰り返しステップは、少なくとも２つの端末の決定されるべきビームパターンが、少なくとも２つの端末各々の適正受信強度に実際に等しい、電磁場強度を提供するまで、前記第１の決定ステップを繰り返すステップを含む請求項７記載の送信機。
9. 前記ビームパターンが電圧ビームパターンで、
   前記許容受信強度が許容受信電圧で、そして、
   前記適正受信強度は適正受信電圧である請求項８記載の送信機。
10. 複数の重みベクトルの１つが前記ビームパターンの各々に対応し、前記第２の決定ステップが、
    ヌル充填ファクタおよび前記複数の重みベクトルを用いて合成重みベクトルを決定するステップ、
    前記合成重みベクトルを用いて、前記合成電磁場を表現する合成ビームパターンを決定するステップ、そして、
    前記合成電磁場に基づき、各端末の方向へ、方向付けられるべきエネルギー量を決定するステップを含む請求項８記載の送信機。
11. 前記処理装置は前記第１のモード、および第２のモードのうちの１つだけで動作し、
    前記第２の動作モードでは、処理装置が、
    各端末について、１つの端末が信号を受信する必要のある最適の端末であった場合、そこでの許容受信強度を提供するために、前記１つの端末の生成される必要のある電磁場を決定し、
    少なくとも２つの端末に関係し、各電磁場のスケーリングファクタによってスケーリングされる各電磁場が、これら少なくとも２つの端末の各々の位置における、各端末の適正受信強度に実際等しい電磁場強度を提供するような、各電磁場のスケーリングファクタを決定し、
    前記少なくとも２つの端末に関係し、各電磁場のスケーリングファクタによって各電磁場をスケーリングし、そして、
    そのように決定された電磁場に基づき、各端末の方向へ方向付けられるべきエネルギー量を決定するように動作することを特徴とする請求項７記載の送信機。
12. 複数の方向へエネルギーを方向付けることにより、少なくとも２つの端末へ信号を運ぶための合成電磁場を生成する送信機を含むシステムであって、各端末の方向へ方向付けられるべきエネルギー量が少なくとも２つの端末の位置及び許容受信強度の関数で、
    前記方向は方位角方向で、
    端末の許容受信強度が、電磁場により運ばれる信号を受信するために、端末に必要な電磁場強度と少なくとも同じで、しかし著しく大きくは無い大きさの電磁場強度を含み、
    前記システムは前記送信機へ結合する処理装置を含み、
    前記処理装置は、
    第１の決定ステップとして、各端末について、１つの端末の位置において、その他の端末の事前に決定された電磁場強度を考慮し、そこでの許容受信強度を提供するために生成される必要のある前記１つの端末のための電磁場を決定し、
    繰り返しステップとして、少なくとも２つの端末の決定されるべき電磁場が、前記少なくとも２つの端末各々の適正受信強度に実際に等しい電磁場強度を提供するまで、前記第１の決定ステップを繰り返し、そして、
    第２の決定ステップとして、そのように決定された電磁場に基づき、各端末の方向へ方向付けられるべきエネルギー量を決定
    するように動作することを特徴とするシステム。
13. 前記処理装置が前記送信機の中に組み込まれている請求項１２記載のシステム。
14. 前記システムが少なくとも１つの移動交換局（ＭＳＣ）を有する無線通信システムであって、前記処理装置がＭＳＣの中に組み込まれている請求項１２記載のシステム。
15. 各電磁場が複数のビームパターンの１つにより表現され、
    前記第１の決定ステップは、各端末について、１つの端末の位置において、その他の端末の事前に決定されたビームパターンの電磁場強度を考慮し、そこでの許容受信強度を提供するために生成される必要のある前記１つの端末のためのビームパターンを決定するステップを含み、
    前記繰り返しステップは、少なくとも２つの端末の決定されるべきビームパターンが、前記少なくとも２つの端末各々の適正受信強度に実際等しい電磁場強度を提供するまで、前記第１の決定ステップを繰り返すことを含む請求項１２記載のシステム。
16. 前記ビームパターンが電圧ビームパターンで、
    前記許容受信強度が許容受信電圧で、そして、
    前記適正受信強度が適正受信電圧である請求項１５記載のシステム。
17. 複数の重みベクトルの１つが前記ビームパターンの１つに対応し、前記第２の決定ステップが、
    ヌル充填ファクタ及び前記複数の重みベクトルを用いて合成重みベクトルを決定するステップ、
    前記合成重みベクトルを用いて、前記合成電磁場を表現する合成ビームパターンを決定するステップ、そして、
    前記合成電磁場に基づき、各端末の方向へ、方向付けられるべきエネルギー量を決定するステップを含む請求項１５記載のシステム。
18. 複数の方向へエネルギーを方向付けることにより少なくとも２つの端末へ信号を運ぶための合成電磁場を生成する送信機を含むシステムであって、
    各端末の方向へ方向付けられるべきエネルギー量が、少なくとも２つの端末の位置及び許容受信強度の関数で、
    前記方向は方位角方向で、
    端末の許容受信強度が、電磁場により運ばれる信号を受信するための端末に必要な電磁場強度に少なくとも同じで、しかし著しくは大きくは無い大きさの電磁場強度を含み、
    前記システムが前記送信機に結合する処理装置をさらに含み、
    前記処理装置は、
    各端末について、１つの端末が信号を受信する必要のある最適の端末であった場合、そこでの許容受信強度を提供するために、前記１つの端末の生成される必要のある電磁場を決定し、
    少なくとも２つの端末に関係し、各電磁場のスケーリングファクタによってスケーリングされる各電磁場が、これら少なくとも２つの端末の各々の位置における、各端末の適正受信強度に実際に等しい電磁場強度を提供するような、各電磁場のスケーリングファクタを決定し、
    少なくとも２つの端末に関係し、各電磁場のスケーリングファクタによって各電磁場をスケーリングし、そして、
    そのように決定された電磁場に基づき、各端末の方向へ方向付けられるべきエネルギー量を決定するように動作する、ことを特徴とするシステム。

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