JP5420812B2 - 共用チャネル通信システムにおいて複数のユーザを分離する方法および装置 - Google Patents

Description

（関連特許出願）
本出願は、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｕｓｅｒｓ ｉｎ ａ Ｓｈａｒｅｄ−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の２０００年９月２９日出願の米国特許出願番号０９／６７７４６２の継続出願である。

（発明の分野）
本発明は、無線通信システムの分野に関し、より詳細には、同一のチャネルを占有している複数のリモート・ユーザ端末機に関連する信号を分離し、かつ／または区別する方法およびシステムに関する。

（発明の背景）
通信システムの容量を増加することの１つの利点は、リソース共用または多元接続の領域においてであった。多元接続技術の例には、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、および時分割多元接続（ＴＤＭＡ）が含まれる。例えば、ＴＤＭＡシステムでは、各リモート・ユーザ端末機が、他のリモート・ユーザ端末機と共用される周波数チャネルでハブ通信デバイス（例えば、基地局）と通信するが、各端末機独自の（すなわち、重なり合わない）タイム・スロットで通信する。このため、ＴＤＭＡシステムでは、複数のリモート・ユーザ端末機が、同一の周波数チャネル内ではあるが、重なり合わないタイム・スロットの中でハブ通信デバイスと通信することができる。（本明細書で使用する「チャネル」という用語は、周波数チャネル、時間チャネル、コード・チャネルなどの従来の通信チャネルのいずれか１つ、またはその組み合わせを指す）。

通常、無線通信網は、いくつかのリモート・ユーザ端末機にサービスを与え、また同一のチャネルを再使用できるようにする、ある地理的領域にわたって分散されたいくつかのハブ通信デバイスを含む。例えば、音声および／またはデータ・セルラ通信網では、例えば、同一のチャネルを占有するハブの地理的分離、または、地理的障害物のため、混信の可能性が限られている場合、同一のチャネルを複数のハブ通信デバイスによって使用することが可能である。一般に、チャネルの再使用と、無線通信網の中に収容することができるリモート・ユーザ端末機の容量の間でトレードオフが存在する。

アンテナは、無線システムで軽視されるコンポーネントの１つであったが、（アダプティブ）アンテナ・アレイおよび「スマート・アンテナ」の分野における比較的最近の進歩は、地理的容量だけでなく、信号対雑音比（ＳＮＲ）、混信低減、指向性、空間ダイバーシティ、電力効率、およびセキュリティでも大きな改善を実現している。したがって、ラジオ通信システム、セルラー・システム、テレビジョン放送、ページング・システム、医療用途などを含め、これらに限定しない多くの様々な無線用途でアンテナ・アレイの採用が提案されている。

アンテナ・アレイは、通常、空間的に分離された、１つまたは複数のプロセッサに結合されたいくつかのアンテナを含む。アダプティブ・アンテナ・アレイ、または単にアダプティブ・アレイは、アレイの中のアンテナのそれぞれから受信された信号を定期的に分析して１つまたは複数の所望の信号（例えば、セルラ電話機または他の通信デバイスなどの所望のソースからの）と１つまたは複数の望ましくない信号（例えば、同一の周波数を共用する他のハブのユーザからの混信、チャネルが重なり合っている他の無線周波数（ＲＦ）送信からの混信、ジョンソン雑音、マルチパス、または他の混信源等）を区別する。アダプティブ・アレイ・システムは、ときとして、空間的に別個のソース（例えば、異なる場所における２つのセルラ・ユーザ・ユニット）を区別することができるため、そのようなシステムは、ときとして、「空間処理」システムまたは「空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）」システムと呼ばれる。一般に、アダプティブ・アレイ・システムは、単一のアンテナ要素のシステムと比べて相対的にかなりのパフォーマンスの向上を提供する。

図１Ａは、従来技術によるアンテナ・アレイ・システムの単純化された放射パターンを描いた図である。図１Ａに示したシステムでは、アンテナ・アレイ１０が、移動式または固定式のリモート・ユーザ端末機（例えば、セルラ音声および／またはデータ通信デバイス、無線機能を有するＰＤＡ等）などの所望のソース１２に信号を送信し（ダウンリンク）、かつ／またはソース１２から信号を受信する（アップリンク）。図示するとおり、アンテナ・アレイ１０に関する送信および／または受信の指向性利得パターン（２次元に関してだけ描いている）を表すビーム・フォーミング・パターン８が、強化した利得の領域６、ならびに比較的最小化された利得の領域、すなわち「ヌルの」領域２および比較的最小化された利得の、すなわちヌルの別の領域４を含む。

ヌル領域２および４は、アダプティブ・アレイおよび「スマート・アンテナ」処理の利点の１つを表す。詳細には、ヌル２および４のそれぞれが、アンテナ・アレイ１０のビーム・フォーミング・パターンに関する比較的最小化された利得の領域または方向を表す。このため、アンテナ・アレイ１０は、通常、ヌルを混信源の方向に向ける。この目的で、ヌル２は、混信源１４の方に向けられ、一方、ヌル４は、混信源１６の方に向けられる。混信源１４および１６はそれぞれ、混信を生じさせる可能性がある移動する車、アンテナ・アレイ１０と通信する別の移動式または固定式のリモート・ユーザ端末機、または別の通信デバイス（例えば、アンテナ・アレイを含むことも、含まないことも可能な基地局）等である。このため、ヌル生成は、混信の緩和と見なすことができ、また各「ヌル領域」を混信軽減領域と呼ぶことができる。

１つまたは複数の混信源の方向における利得を減少させ（また、理想的には、ゼロまで低下させ）ながら、所望のソースの方向における利得を向上させることにより、アンテナ・アレイ１０は、「指向的」に信号を送受信することができ、このため、システム容量を増加させ、所望のソースに対する混信を低下させること等を行うことができる。

図１Ｂは、従来技術による、図１Ａに示したアンテナ・アレイ１０についてのビームフォーミング・パターンのグラフ表現である。図１Ｂでは、アンテナ・アレイ１０の送信（ダウンリンク）と受信（アップリンク）の利得のレベルを縦軸に示し、（空間）方向を横軸に示す。図示のように、ヌル領域２に対応する混信源１４の方向、およびヌル領域４に対応する混信源１６の方向よりも、増強された利得の領域６に対応する所望ソース１２の方向では、相対的により大きな利得となる。

アダプティブ・アレイ・システムのコンテキストでは、ヌルは、増強領域６よりは通常小さいものの何らかのレベルの利得を含むことが多いので、「ヌル」という語は、電磁エネルギー０の領域を意味するとは限らず、それを意味しないことが多いことを理解されたい。理想的には、アダプティブ・アレイを採用する通信デバイスは、０利得を有するヌルを混信源の方に向けることになる。さらに、ヌルの値が０に近づくほど、ヌルは強くまたは「深く」なる。したがって、アンテナ・アレイまたはアダプティブ・アレイ・システムが生成できる「ヌル制御（ｎｕｌｌｉｎｇ）の量」は、ヌルの数とそのようなヌルの強度のうちの一方または両方で定義することができ、したがって、ヌル制御量が多いほど、生成されるヌルの数は多くなり、かつ／あるいは１つまたは複数のヌルは強く／深くなる。例えば、図１Ｂに示すように、ヌル４はヌル２よりも低い利得（および高いヌル制御の強度）を表しているので、ヌル２の方が弱い。

通信システムまたは多元接続技術のタイプにかかわらず、基地局、または基地局の一部などの「ハブ」通信デバイスが、一般に、（１）所与のチャネル上で受信されたすべての信号から所望の信号を十分に回復すること、および（２）それぞれ所望の信号のソースの識別を決定することができなければならない。例えば、ハブとしてそれぞれが動作するいくつかの基地局を含むセルラ通信システムでは、２つまたはそれより多くのリモート・ユーザ端末機が、同一の再使用されるチャネル上で対応するハブと通信しているとき、各セルラ基地局は、混信源に関連する信号を廃棄しながら、特定の「所望の」リモート・ユーザ端末機に関連する各信号または各セットの信号に関して、ステップ（１）および（２）を行うことができなければならない。

ハブ通信デバイスが「空間チャネル」を利用する基地局の一部である空間処理システムでは、２つまたはそれより多くのリモート・ユーザが、そのハブ・デバイスとの送信および／または受信に対して同一の周波数およびタイム・スロットを共用することが多い。このため、２つのリモート・ユーザ端末機が、同時に「所望の」ソースであり、同一のチャネルを共用していると、ハブ通信デバイスによる区別が比較的難しいことがある。空間処理対応のハブ通信デバイスは、ある場合、リモート・ユーザ端末機の送信の間に区別することができるかもしれないが、他の場合（例えば、２つのソースが、同様の空間特性または空時特性を有する場合）、２つまたはそれより多くのリモート・ユーザ端末機からの送信を十分に区別できない可能性がある。

したがって、必要とされるのは、同一のチャネルを同時に占有する２つまたはそれより多くの無線通信デバイス（例えば、リモート・ユーザ端末機）からの信号を分離し、かつ／または区別する方法および装置である。

（発明の概要）
共用チャネル無線通信システムにおいて特定のリモート・ユーザ端末機にそれぞれが関連する２つまたはそれより多くの信号を区別する方法および装置が提供される。通信デバイス、例えば、基地局が、同一のチャネルを同時に占有し、またそれぞれ第１のリモート・ユーザ端末機および第２のリモート・ユーザ端末機によって送信される第１のアップリンク信号と第２のアップリンク信号の送信の間でオフセット（例えば、時間オフセットおよび／または周波数オフセット）を生じさせる。本発明の一態様によれば、このオフセットは、第１のアップリンク信号および第２のアップリンク信号が、同一のチャネル内に留まるように相対的に十分に小さいが、このオフセットに基づいて、通信デバイスが、第１のアップリンク信号が第１のリモート・ユーザ端末機に関連しているのを識別することができるようには相対的に十分に大きい。

（詳細な説明）
本発明は、共用チャネル通信システムにおいて２つまたはそれより多くのソースからの信号を区別する方法および装置を提供する。一実施形態では、同一の搬送周波数および同一のタイム・スロットを共用する２つまたはそれより多くのソースからのアップリンク信号の相対的な着信時刻は、基地局などのハブ通信デバイスが、その２つまたはそれより多くのソースからの結合されたアップリンク信号を処理して所望のソースに関連する信号を回復したとき、その所望しない信号は相関がないか、または別の仕方で「無効」と現れるようなものにしている。別の実施形態では、同一のチャネルを共用する２つまたはそれより多くのソースからのアップリンク信号の相対的な搬送周波数は、ハブ通信デバイスが、その２つまたはそれより多くのソースからの結合されたアップリンク信号を処理して特定の搬送周波数を有する「所望の」信号を抽出したとき、異なる搬送周波数をもつ不要な信号が相関がないか、または別の仕方で「無効」であるように現れるようにしている。

本発明は、様々なタイプの無線アーキテクチャおよび無線応用で利用できることが認められよう。例えば、本発明を時間分割二重（ＴＤＤ）システムまたは周波数分割二重（ＦＤＤ）システム、またはその他の無線アーキテクチャで利用することができる。本発明は、複数のリモート・ユーザ端末機が、同一の地理的領域内で同一のチャネルを共用することが可能であり、また各リモート・ユーザ端末機からの信号を、通信デバイス（例えば、アダプティブ・アレイの基地局）の複数の受信アンテナで測定される空間プロパティで比較的別々にすることができる空間チャネル・システムにおいて特に有用である。そのようなシステムにおいて、本発明は、アンテナ・アレイ通信デバイス（例えば、基地局）が、２つまたはそれより多くのソースを区別する能力を実質的に向上させる。本発明は、ＴＤＭＡ通信システム、ＣＤＭＡ通信システム、および／またはＦＤＭＡ通信システムとの関連で使用することもできる。

本明細書で使用する「基地局」は、基地局が、１つまたは複数のリモート・ユーザ端末機からの信号を同時に処理することができるという意味でリモート・ユーザ端末機と異なるだけで、通常、ネットワーク（例えば、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、インターネット、および／または他の音声および／またはデータ・ネットワーク）に結合されている。ただし、本発明は、何らかの１つのタイプの無線通信システムまたは無線通信デバイスには限定されず、複数の送信側デバイスが、周波数チャネル、コード・チャネル、および／または時間チャネルを共用している様々な無線応用において用途がある。本発明の一実施形態は、空間チャネルをサポートするためにアダプティブ・アレイを含む基地局に関連して説明しているが、１つまたは複数のリモート・ユーザ端末機がアンテナ・アレイを含むことも可能であるのを理解されたい。このため、本発明の方法および装置は、少なくとも部分的に、リモート・ユーザ端末機によって実現することもできる。

図２は、本発明の一実施形態による、空間チャネルを使用するアダプティブ・アレイ・システム、および同一のチャネルを同時に占有するリモート・ユーザ端末機を分離する機構を示すブロック図である。図示するとおり、基地局の一部であってよいシステム２０が、一実施形態では、いくつかのアンテナ要素を含むアンテナ・アレイ２２を含む。アンテナ・アレイ２２は、リモート・ユーザ端末機にダウンリンク信号を送信するため、またリモート・ユーザ端末機からアップリンク信号を受信するために利用される。もちろん、システム２０は、いくつかのリモート・ユーザ端末機と通信することができ、このため、リモート・ユーザ端末機またはその他の信号源にそれぞれが関連するいくつかの信号を処理することができる。さらに、システム２０は、各基地局が、所与のセットのチャネルを使用して所与の地理的領域内のリモート・ユーザ端末ユニットと通信する無線通信網におけるいくつかの基地局のそれぞれにおいて使用することができる。そのようなリモート・ユーザ端末機は、固定式または移動式であることが可能であり、音声および／またはデータをシステム２０と通信することができる。

図２に示すとおり、アンテナ・アレイ２２の各アンテナ要素が、電力増幅器（ＰＡ）−低雑音増幅器（ＬＮＡ）２４に結合される。それぞれのアンテナ要素のＰＡ−ＬＮＡ２４は、受信（アップリンク）信号および／または送宿（ダウンリンク）信号を増幅する。図示するとおり、各ＰＡ−ＬＮＡ２４は、ダウン・コンバータ２６およびアップ・コンバータ２８に結合される。ダウン・コンバータ２６は、ある搬送周波数でアンテナ・アレイ２２によって受信された「生の」信号を受信（Ｒｘ）ベースバンド信号に変換し、このベースバンド信号を、ベースバンド・プロセッサ（モデム・ボードとも呼ばれる）３０に与える。アップ・コンバータ２８は、逆に、ベースバンド・プロセッサ３０によって提供される送信（Ｔｘ）ベースバンド信号を搬送周波数送信信号に変換し、この送信信号を、ＰＡ−ＬＮＡ２４に提供して送信させる（例えば、リモート・ユーザ端末機に）。図示してないが、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）回路が、ダウン・コンバータ２６とベースバンド・プロセッサ３０の間に、また同様に、アップ・コンバータ２８とベースバンド・プロセッサ３０の間に結合されて、アナログのＲｘベースバンド信号をデジタルのＲｘベースバンド信号に、またデジタルのＴｘベースバンド信号をアナログのＴｘベースバンド信号にそれぞれ変換することが可能である。

ベースバンド・プロセッサ３０は、通常、受信（アップリンク）信号および送信（ダウンリンク）信号の処理を円滑にするハードウェア（例えば、回路）および／またはソフトウェア（例えば、データ記憶媒体／デバイス上に記憶された機械実行可能コード／命令）を含む。図２に示した本発明の実施形態によれば、ベースバンド・プロセッサ３０は、受信信号をフィルタにかける（例えば、システム２０と通信する２つまたはそれより多くのリモート・ユーザ端末機のアップリンク信号間の混信を低減するため）少なくとも１つの狭帯域フィルタ３６を含む。狭帯域フィルタ３６からのフィルタにかけられた信号は、次に、空間プロセッサ３８に提供される。

空間プロセッサ３８は、通常、空間処理または空時処理を円滑にする少なくとも１つの汎用プロセッサおよび／またはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む。このため、空間プロセッサ３８は、１つまたは複数のダウンリンク信号の空時特性に基づいて、空間に関して選択的な仕方で１つまたは複数のリモート・ユーザ端末機の間で信号を送受信することができる。したがって、一実施形態では、２つまたはそれより多くのリモート・ユーザ端末機が、同一の搬送周波数チャネルを同時に占有する可能性があるが、端末機に独特の空間特性または空時特性に基づき、システム２０によって区別されることが可能である。

本発明の一実施形態によれば、空間プロセッサ３８が、プロセッサ３８と（または別の基地局、または他の受信機）と通信する２つまたはそれより多くのリモート・ユーザ端末機を区別する能力は、システム２０が、そのようなリモート・ユーザ端宋機の送信の間でオフセット（例えば、時間オフセットおよび／または周波数オフセット）を生じさせることによってさらに高められる。一実施形態によれば、オフセットは、少なくとも２つのリモート・ユーザ端末機の１つによってそれぞれ送信される（アップリンク）信号が、所与の時点で同一のチャネルを占有する、すなわち、所与のチャネルの許容差の範囲内に留まるが、このアップリンク信号は、２つまたはそれより多くのリモート・ユーザ端末機の送信を空間プロセッサ３８が区別することができるように、互いに比較的わずかにオフセットされている。

図２で示すとおり、空間プロセッサ３８は、空間プロセッサ３８から「抽出された」信号を受け取り、その抽出された信号を出力する復調器とエラー制御ユニット４０にさらに結合されている。ユニット４０は、エラー訂正を行い、パケット・オーバーヘッドを提供し、かつ／または他の処理を行ってから、デジタル・データの形態でアップリンク情報をネットワーク・プロセッサ３２に出力することができる。

システム２０の一部を構成することも、構成しないことも可能なネットワーク・プロセッサ３２は、システム２０と外部ネットワーク３４の間における情報の転送を円滑にする。例えば、リモート・ユーザ端末機には、ユーザが、遠隔の場所にいる配線による電話機のユーザと通信するセルラ電話機、２つのページャ、または他の通信デバイスが含まれることが可能であり、その場合、ネットワーク・インターフェース・プロセッサ３２は、リモート・ユーザ端末機と、この例では、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、インターネット、および／または他の音声および／またはデータ・ネットワークが含まれるネットワーク３４の間で信号の経路指定を円滑にする処理を行うことができる。同様に、リモート・ユーザ端末機には、計算デバイス（例えば、可搬デジタル・アシスタント、ラップトップ／ノートブック・コンピュータ、計算セルラ電話ハンドセット等）、ならびにＷｅｂブラウザが含まれることが可能であり、その場合、ネットワーク３４は、インターネットでよく、またネットワーク・インターフェース・プロセッサは、リモート・ユーザ端末機（システム２０を介する）と、インターネットに結合された１つまたは複数のサーバまたは他のデータ処理システムの間の通信を円滑にすることができる。このため、音声および／またはデータ（例えば、ビデオ、オーディオ、グラフィックス、テキスト等）をシステム２０（およびシステム２０と通信する１つまたはいくつかのリモート・ユーザ端末機）と外部ネットワーク３４の間で転送することができる。

図３は、本発明の一実施形態による共用チャネル通信システムにおいてユーザを分離する方法を示す流れ図である。「共用チャネル」という表現は、一般に、同一のチャネルを占有する信号（例えば、２つまたはそれより多くのリモート・ユーザ端末機からのアップリンク送信、または２つまたはそれより多くのリモート・ユーザ端末機へのダウンリンク送信）を指す。例えば、ＴＤＭＡチャネルでは、理論上、特定のリモート・ユーザ端末機の信号が基地局によって受信される１つの厳密な時刻が存在する。ただし、実際には、一般に、リモート・ユーザ端末機の信号が基地局に着信することが可能なある範囲の時間、すなわち、許容可能なチャネル許容差、この場合、時間チャネル許容差が存在する。システムにおいて許容可能なチャネル許容差を設ける１つの理由は、例えば、基地局に対するリモート・ユーザ端末機の距離が変動するのに起因して信号が基地局で受信される時刻が変動する可能性を考慮に入れるためである。一実施形態に関連して説明したとおり、本発明は、システムの許容可能な時間チャネル、周波数チャネル、コード・チャネル、またはその他のチャネルの許容差を利用して同一のチャネルを占有する２つまたはそれより多くの信号をオフセットさせて、その２つまたはそれより多くの信号が、それでも許容可能なチャネル許容差の範囲内にあるが、互いに分離され、区別されることが可能であるようにする。

ブロック５０で、基地局（ＢＳ）が、第１のリモート・ユーザ端末機に関連する第１のアップリンク信号と、第２のリモート・ユーザ端末機に関連する第２のアップリンク信号の間でオフセットを生じさせるダウンリンク信号を送信する。例えば、第１のリモート・ユーザ端末機および第２のリモート・ユーザ端末機には、移動式または固定式の通信デバイス（例えば、セルラ電話機、無線通信能力を有するラップトップ・コンピュータ、無線通信能力を有するパーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）等）が含まれるであろう。説明する実施形態では、第１のリモート・ユーザ端末機および第２のリモート・ユーザ端末機は、同一の周波数チャネル、または実質的に同一の周波数チャネルで動作し、また送信／受信に関して同一か、または実質的に同一のタイム・スロットを共用する。このため、第１のリモート・ユーザ端末機および第２のリモート・ユーザ端末機に対する、またはそこからの信号は、周波数および時間が少なくとも部分的に重なり合う。一実施形態では、基地局は空間処理を行うことができ、また第１のリモート・ユーザ端末機および第２のリモート・ユーザ端末機のそれぞれが独自の空間チャネルを占有する。本発明の一実施形態で利用することができる空間処理システムの例が、本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれている「Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」という名称の米国特許第５５１５３７８号で説明されている。

ブロック５２で、第１のリモート・ユーザ端末機が、第２のリモート・ユーザ端末機によってＢＳに送信される第２のアップリンク信号に対してオフセットされるように第１のアップリンク信号をＢＳに送信する。一実施形態では、第１のアップリンク信号および第２のアップリンク信号は、第１のアップリンク信号と第２のアップリンク信号のどちらかが、部分的に重なり合い、所与のチャネル（例えば、所与の周波数またはタイム・スロット）の許容差の範囲内に同時に留まるが、他方の信号に対して遅延しているように時間が互いにオフセットされる。第１のアップリンク信号および第２のアップリンク信号がそれぞれ、バーストが長さ数ビット（例えば、一実施形態では、１００またはそれより多くのビット）に及ぶことがあるデータのバーストであるような一実施形態では、第１のアップリンク信号が、第２のアップリンク信号に対して１／２ビットの時間オフセットでＢＳによって受信されることが可能である。本発明が使用される所与のシステムにおけるチャネルの許容差に依存して、オフセットは、１／２ビットより多いことも、少ないことも可能である。

代替の実施形態では、オフセットは、第１のアップリンク信号が、第２のリモート・ユーザ端末機によってＢＳに送信される第２のアップリンク信号とはわずかに異なる搬送周波数で第１のリモート・ユーザ端末機によってＢＳに送信されるように、周波数をシフトさせる。

ブロック５４で、ＢＳが、互いにオフセットされた第１のアップリンク信号および第２のアップリンク信号を受信する。

ブロック５６で、ＢＳが、そのオフセットに基づき、第１のアップリンク信号と第２のアップリンク信号を区別して、第１のアップリンク信号が第１のリモート・ユーザ端末機に関連していることを判定する。本発明の一実施形態では、ＢＳは、オフセットに基づき、第２のアップリンク信号が第２のリモート・ユーザ端末機に関連していることも判定することができる。このため、ＢＳは、送信および受信に関して同一か、または実質的に同一の（それぞれ第１のリモート・ユーザ端末機および第２のリモート・ユーザ端末機によってＢＳに送信される第１のデータ・ストリームと第２のデータ・ストリームの間の１／２ビットの時間オフセットなどの、オフセットの程度とタイプに依存する）周波数チャネルおよびタイム・スロットを共用する１つまたは複数の信号のソースを特定する。

図３に関連して説明する方法は、ユーザ機が同一の周波数チャネルおよび同一のタイム・スロットで動作するいくつかのタイプの無線通信システムに実装することができる。例えば、一実施形態では、本発明は、空間チャネルをサポートするパーソナル・ハンディフォン・システム（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）（ＰＨＳ）の実装形態として実現することができる。

現行のＰＨＳシステムでは、純粋な搬送周波数が直角位相変調されてシンボル（それぞれが、シンボル時間と呼ばれる５．２ミリ秒にわたる）のストリームを含む信号になり、複素空間の４つの象限のどれかに入るように変調された信号の位相が２ビットで表される。したがって、データ転送速度は、３９４ｋｂｐｓである。この信号は、バースト長のどちらかの終端で「ガードタイム」も行われる１２０のシンボルの６２５ミリ秒のバーストとして生じる。この６２５ミリ秒のバーストはより大きい２０ミリ秒のフレームの中で離散した時だけに生じる。

バーストの中の１２０のシンボルのうち、７２のシンボルが、バーストの１４４ビットのデータ・ペイロードを実際に搬送し、他のシンボルは他の機能を果たす。例えば、残りの非ペイロードの４８のシンボルのうち、一部は、バーストの終端をバッファに入れるための「ガード」シンボルまたは「ランプ（ｒａｍｐ）」シンボル、復調を支援する様々な固定パターンのビット、およびデータ・ペイロードから計算され、データ・ペイロードに付加される１６ビットのチェックサムの役割をする。

バーストが送信される前に（例えば、リモート・ユーザ端末機からＢＳに）、データ・ペイロードおよびチェックサムから成る１６０ビットの部分に、各ＢＳに固有のパターンに従ってスクランブルがかけられる。バーストがＢＳによって受信されると、この１６０ビットの部分が、適切な鍵を使用してスクランブル解除され、またチェックサムが再計算されて、データ・ペイロードに付加されたものと比較される。ＢＳによって再計算されたチェックサムが、データ・ペイロードに付加されたチェックサムと一致した場合、そのバーストは、「良好」であると見なされる。他方、一致しないチェックサムは、意図する宛先が別のＢＳである「不良な」バーストを示す。このため、ＢＳは、他のＢＳに向けられたバーストを、誤ったパターン（その特定のＢＳの鍵によって示される）を使用してそのようなバーストをスクランブル解除しようと試みて、チェックサムが一致しないのを判定することにより、廃棄することができる。

ＰＨＳシステムが、空間チャネルを使用して実現された場合には、ＢＳによって受信され、それぞれ第１のリモート・ユーザ端末機および第２のリモート・ユーザ端末機からＢＳに（意図的に）送信された第１のバーストと第２のバーストを区別できない可能性がある。というのは、両方のバーストに関するチェックサムが一致するからである。ただし、本発明の一実施形態によれば、ＢＳにより、バーストの着信時刻が異なる（すなわち、互いに時間がオフセットされる）ことが生じるため、この２つのバーストはＢＳによって区別される。例えば、一実施形態では、このオフセットは、時間が少なくとも１／２ビットに等しい。

アップリンク信号を互いにオフセットさせることにより、ＢＳは、バーストが遅延されたリモート・ユーザ端末機に適切な同じ遅延オフセットで、そのリモート・ユーザ端末機によって送信されたバーストを他のリモート・ユーザ端末機によって送信された１つまたは複数の他のバーストと区別するためにスクランブル解除およびチェックサム・マッチングを適用する。例えば、チェックサム比較オペレーションが成功した（すなわち、一致する、つまり「良好な」バーストが見出された）場合は、関心対象のリモート・ユーザ端末機、または少なくともそのリモート・ユーザ端末機に関連するバーストが、その他のバーストから識別され、分離されている。他方、チェックサム比較オペレーションが失敗した場合は、本発明の一実施形態によれば、ＢＳが、チェックサム・オペレーションが成功するまで、特定のユーザにそれぞれが対応する異なる時間遅延オフセットでスクランブル解除およびチェックサム比較を繰り返し、成功した場合、関心対象の所望のリモート・ユーザ端末機に関連するバーストが識別される。このため、任意の数のリモート・ユーザ端末機のアップリンク送信が、ＢＳによって互いとの関係で遅延されて、ＢＳが、そのような信号を処理する際、その特定のアップリンク信号（および／またはその他のアップリンク信号）を処理するのに使用される相対的なオフセットに基づいて各アップリンク信号および関連するリモート・ユーザ端末機を識別するようにすることができる。

空間チャネルをサポートするＰＨＳシステムで実現される別の実施形態では、ＢＳが、関心対象のリモート・ユーザ端末機に関連するものと整合する着信時刻に受信されたバーストの中で、固定パターンのビット、すなわち、再計算されるチェックサムの存在に関して調べる。次に、ＢＳは、各リモート・ユーザ端末機に関連する既知の遅延オフセットのそれぞれにおいて特定のパターンを見出そうと試みることにより、バースト識別子（ＢＩＤ）とも呼ばれるバーストに関連するソースを判定することができる。このため、この実施形態では、ＢＳは、１つまたはいくつかのリモート・ユーザ端末機それぞれが、自らの送信を遅延するようにさせ、またＢＳが、その１つまたはいくつかのリモート・ユーザ端末機の送信のそれぞれに割り当てられた相対的な遅延オフセットの記録を保持するものと想定されている。

本発明は、複数のリモート・ユーザ端末機が同一のチャネルを共用し、またＢＳなどのハブ通信デバイスが、通常、それぞれの信号が結合される複数のアンテナを備えている空間処理システムにおいて、このシステムに限定されるものではないが、特に有用である。このため、本発明は、同一の周波数および同一の時間チャネルの結合された信号を「分離」し、識別して、各信号に関するＢＩＤを判定する方法および装置を提供する。例えば、一実施形態では、複数のアンテナ（すなわち、アンテナ・アレイ）を備えたＢＳが、結果の和信号が、その他の（望ましくない）受信信号を免れて、所望のリモート・ユーザの送信信号に最もよく似るようにアンテナからの信号を結合する。

本発明の一実施形態では、アンテナ・アレイの結合された信号を「相関解除（uncorrelating）」して所望のリモート・ユーザに関連する信号を識別することが、コンスタント・モジュラス・アルゴリズム（ＣＭＡ：Constant Modulus Algorithm）システムにおいて行われる。周知のＣＭＳ方法によれば、一定のモジュラスの信号に対する受信信号の最小２乗適合が生成される。例えば、ＰＨＳシステムでは、位相変調されたバーストがフィルタにかけられてから、３００ｋＨｚ幅のチャネルに入るように送信され、バースト信号の振幅がシンボルごとに変化させられる。バーストが、「オン・ボー（on baud）」（すなわち、各シンボルの時間中心で）サンプリングされる場合、サンプルは振幅が等しい。他方、バーストが、例えば、本発明の一実施形態による時間遅延オフセットによって生じさせられるように、「オフ・ボー（off baud）」（すなわち、各シンボルの時間中心においてではなく）サンプリングされる場合、振幅はサンプルごとに異なる。このため、本発明の一実施形態では、所望のリモート・ユーザ端末機のアップリンク信号（例えば、バースト）に関して結合された信号を「オン・ボー」サンプリングを行うことにより、ＢＳは、他のリモート・ユーザ端末機のアップリンク信号が「オフ・ボー」サンプリングされるようにし、このため、所望のリモート・ユーザ端末機に関連するアップリンク信号だけが、一定のモジュラスとなり、したがって、区別し、識別することができる。このため、本発明の一実施形態に関連するＣＭＡ方法は、所望のリモート・ユーザ端末機のアップリンク信号を最適に収束させ、その他の信号（例えば、所望のリモート・ユーザと同一のチャネルを共用するリモート・ユーザ端末機からのアップリンク信号）を廃棄する。

もちろん、本発明は、所望の信号に対する収束／相関に基づいて望ましくない信号を「相関解除」する他のアルゴリズムと併せて利用することもできる。例えば、一実施形態では、本発明は、受信され、サンプリングされた信号が、複素空間にプロットされて、「理想的」配置と比較され、「オン・ボー」サンプリングされた信号だけが、理想的な配置と相関させられ、したがって、その他の信号が廃棄されるようにする「判断指向」アルゴリズムと併せて利用される。

本発明は、様々な実施形態において様々な機構を利用して、ＢＳまたは他の通信デバイスが、リモート・ユーザ端末機に、アップリンク送信を別のリモート・ユーザ端末機のアップリンク送信との関係でオフセットさせるようにするのを円滑にすることを理解されたい。例えば、二重システムでは、ＢＳが、特定のリモート・ユーザ端末機に、アップリンク送信タイミングを調整するよう命令するダウンリンク・メッセージを明示的に送信して、そのユーザ・ユニットの送信と別のユーザ・ユニットの送信の間で相対的なオフセットを生じるさせる。ＰＨＳシステムにおいて行われるように、リモート・ユーザ端末機が、ＢＳからそのリモート・ユーザ端末機へのダウンリンク送信のタイミングに単に従って自らのタイミングを調整する別の実施形態では、ＢＳは、リモート・ユーザ端末機が、そのリモート・ユーザ端末機のアップリンク送信（のソース）を識別するためにＢＳによって使用される所望のオフセットに従って自らのアップリンク送信タイミングを調整するようにさせるため、１つまたは複数のリモート・ユーザ端末機へのダウンリンク送信を意図的に遅延させる、または早めることによってオフセットを生じさせることができる。同一の周波数チャネルを共用する複数のユーザ・ユニットへの（ダウンリンク）信号が、ＢＳによって同時に送信される空間チャネルをサポートするＰＨＳ ＢＳの場合、本発明の一実施形態により、ＢＳは、他のリモート・ユーザ端末機に向けられた他のダウンリンク信号との関係で各ダウンリンク信号（特定のリモート・ユーザ端末機に向けられた）を独立に遅延させてから、そのような信号を結合し、結合として送信する。

本発明は、単一の基地局が、同一のチャネルを共用する複数のユーザからの信号を分離するのを支援することに限定されないことを理解されたい。例えば、セルラ通信システムにおいて利用されるような本発明のネットワーク全体にわたる配備では、各基地局は、リモート・ユーザ端末機が、追加のオフセットを伴ってチャネル内で送信を行うようにさせることができる。このため、そのようなリモート・ユーザ端末機が、１つまたは複数の周囲の基地局に対する混信として作用するとき、その１つまたは複数の周囲の基地局は、不要の信号をそのオフセットに基づいて識別して「除去」することができる。

さらに、本発明の代替の実施形態では、基地局は、別々のチャネルを占有するリモート・ユーザ端末機に異なるタイミングで送信を行わせて、同一の物理チャネルを比較的迅速に占有するよう、リモート・ユーザ端末機を後に基地局によって誘導できるようにすることが可能である。例えば、ＰＨＳのような一部のシステムでは、基地局によるそのような誘導により、リモート・ユーザ端末機が、基地局からのタイミングの変更に応答する時定数が比較的遅いことが緩和される。したがって、新たに確立された空間チャネルをほとんど即時に堅牢にすることができる。

本発明は、複数のリモート・ユーザ端末機のアップリンク信号の間で相対的な時間オフセットを生じさせる前述した方法に限定されないことが認められよう。実際、本発明は、複数のリモート・ユーザ端末機に関連する信号の間において、時間オフセットではなく周波数オフセットを利用して、リモート・ユーザ端末機に関連する信号を区別することができる。

さらに、図で描き、前述した要素のそれぞれは、ハードウェアで、ソフトウェアで、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実装できることが認められよう。本発明は、一実施形態では、全くソフトウェアだけで使用することができ、アップリンク信号送信間でオフセットを生じさせるためのソフトウェア・モジュール、およびアップリンク信号間で生じさせられた相対的なオフセットに基づいてアップリンク信号を区別する別のソフトウェア・モジュールを含むことを理解されたい。そのようなソフトウェア・モジュールは、汎用処理デバイス／回路またはデジタル信号処理（ＤＳＰ）デバイス／回路、または他のデータ処理デバイス／回路などの実行回路によってアクセス可能なデータ記憶媒体の中に記憶することができる。

本発明をいくつかの実施形態に関連して説明してきたが、頭記の特許請求の範囲によってよく理解される本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、様々な代替形態および変更形態が可能であることが理解されよう。

従来技術によるアンテナ・アレイ・システムにおける単純化したビーム・フォーミング・パターンを描いた図である。 本発明の一実施形態による、空間チャネルを使用するアダプティブ・アレイ・システム、および同一のチャネルを同時に占有するユーザを分離する機構を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による共用チャネル通信システムにおいてユーザを分離する方法を示す流れ図である。

Claims (23)

1. 通信システムにおいて、あるチャネルを同時に占有する２つまたはそれより多くのソースのアップリンク送信を通信デバイスにより区別する方法であって、
   あるチャネルにおける異なる空間特性を有するアップリンク送信を区別する空間処理を実行するステップと、
   空間チャネル内において、第２のリモート・ユーザ端末機によって送信される第２のアップリンク信号に対するオフセットを使用して、第１のリモート・ユーザ端末機に第１のリモート・ユーザ端末機によって送信される第１のアップリンク信号を調整させるステップであって、前記オフセットは、前記第１のアップリンク信号と前記第２のアップリンク信号の間の時間遅延であるステップと、
   前記オフセットに基づき、前記第１のアップリンク信号を前記第２のアップリンク信号と区別するステップと、
   から構成され、
   時間分割多元接続プロトコルに従って動作するステップをさらに有し、前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号は前記チャネルであるタイム・スロット内で部分的に重なり合い、前記オフセットは１／２ビットに等しいことを特徴とする方法。
   
2. 符号化されたメッセージを前記第１のリモート・ユーザ端末機に送信してオフセットを生じさせるステップさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   
3. タイミング信号内の符号化された前記メッセージを前記第１のリモート・ユーザ端末機に提供するステップをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
   
4. 前記方法は、アダプティブ・アレイ・アンテナにより実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
   
5. 前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号を含む結合された信号を処理するステップと、
   前記オフセットによって生じさせられる相関なしを結合された信号において判定するステップと、
   相関なしに基づき、結合された信号から所望の信号を抽出して、前記第１のリモート・ユーザ端末機に関連している前記第１のアップリンク信号を識別するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   
6. 前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号を含む結合された信号を処理するステップと、
   結合された信号内の前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号のそれぞれの相対的な送信時刻を少なくとも１つの基準時刻と比較するステップと、
   前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号のそれぞれの前記相対的な送信時刻を前記基準時刻と比較するステップに基づき、結合された信号から所望の信号を抽出するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   
7. 前記通信デバイスによって前記第１のリモート・ユーザ端末機および前記第２のリモート・ユーザ端末機にそれぞれ送信される前記第１のダウンリンク信号および前記第２のダウンリンク信号のどちらかを調整することによってオフセットを生じさせるステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   
8. 前記第１のアップリンク信号と前記第２のアップリンク信号が特定の搬送周波数チャネルに関する許容可能な偏差の範囲内にあるように、前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号は、通信のための特定の搬送周波数チャネルに関して部分的に重なり合うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
   
9. 前記調整に基づいて、前記第２のリモート・ユーザ端末機に関連している前記第２のアップリンク信号を識別するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
   
10. ある送信チャネルを同時に占有する２つまたはそれより多くのリモート・ユーザ端末機のアップリンク送信を区別する装置であって、
    前記送信チャネルにおける異なる空間特性を有するアップリンク送信を区別する空間処理手段と、
    第１のリモート・ユーザ端末機が、空間チャネル内において、第２のリモート・ユーザ端末機によって送信される第２のアップリンク信号に対するオフセットを用いて、第１のリモート・ユーザ端末機によって送信される第１のアップリンク信号を調整を行うようにさせる第１の手段と、
    前記オフセットに基づいて前記第１のアップリンク信号と前記第２のアップリンク信号を区別する第２の手段と、
    から構成され、
    前記オフセットは、前記第１のアップリンク信号と前記第２のアップリンク信号の間の時間遅延であり、
    前記装置は、時間分割多重プロトコルに従って動作し、また前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号は、チャネルであるタイム・スロットの中で部分的に重なり合い、前記オフセットは１／２ビットに等しい
    ことを特徴とする装置。
    
11. 前記第１の手段は、前記調整が行うための符号化されたメッセージを前記第１のリモート・ユーザ端末機に送信する手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
    
12. 前記第１の手段は、アダプティブ・アレイ・アンテナを有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
    
13. 前記第２の手段は、
    前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号を含む結合された信号を処理する手段と、
    前記結合された信号の中の前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号のそれぞれの相対的な送信時刻を少なくとも１つの基準時刻と比較する手段と、
    前記結合された信号の中の前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号のそれぞれの前記相対的な送信時刻と前記基準時刻の比較に基づき、前記結合された信号から所望の信号を抽出する手段とを有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
    
14. 前記第１の手段は、
    前記第１のリモート・ユーザ端末機および前記第２のリモート・ユーザ端末機にそれぞれ関連する第１のダウンリンク信号と第２のダウンリンク信号のどちらかを調整する手段であって、前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号は、前記第１のダウンリンク信号と前記第２のダウンリンク信号の間の相対的なオフセットに応じた量だけオフセットされる手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
    
15. 前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号のそれぞれが、前記搬送周波数チャネルに関する許容可能な周波数偏差の範囲内にあるように、前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号は、通信のための搬送周波数チャネルに関して部分的に重なり合うことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
    
16. 前記第２の手段は、前記オフセットに基づき、前記リモート・ユーザ端末機に関連している前記第１のアップリンク信号を識別する手段をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
    
17. 送信チャネルを同時に占有する２つまたはそれより多くのリモート・ユーザ端末機のアップリンク送信を分離する装置であって、
    前記送信チャネルにおける異なる空間特性を有するアップリンク送信を区別する空間処理手段と、
    空間チャネル内において、第１のリモート・ユーザ端末機が、第２のリモート・ユーザ端末機によって送信される第２のアップリンク信号に対するオフセットを利用して、第１のリモート・ユーザ端末機によって送信される第１のアップリンク信号を調整するようにする第１の手段と、
    前記オフセットに基づいて前記第１のアップリンク信号と前記第２のアップリンク信号を分離する第２の手段と、
    から構成され、
    前記オフセットは、前記第１のアップリンク信号と前記第２のアップリンク信号の間の時間遅延であり、
    前記装置は、時間分割多元接続プロトコルに従って動作し、また前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号はチャネルであるタイム・スロットの中で部分的に重なり合い、前記オフセットは１／２ビットに等しい
    ことを特徴とする装置。
    
18. 前記第１の手段は、前記オフセットを生じさせるために、符号化されたメッセージを前記第１のリモート・ユーザ端末機に送信させる手段を有することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
    
19. 前記第１の手段は、アダプティブ・アレイ・アンテナを有することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
    
20. 前記第２の手段は、
    前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号を含む結合された信号を処理する手段と、
    前記結合された信号の中の前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号のそれぞれの相対的な送信時刻を少なくとも１つの基準時刻と比較する手段と、
    前記結合された信号の中の前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号のそれぞれの前記相対的な送信時刻と前記基準時刻の比較に基づき、結合された信号から所望の信号を抽出する手段とを有することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
    
21. 前記第１の手段は、
    前記第１のリモート・ユーザ端末機および前記第２のリモート・ユーザ端末機にそれぞれ関連する前記第１のダウンリンク信号と前記第２のダウンリンク信号のどちらかを調整する手段であって、前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号が、
    前記第１のダウンリンク信号と前記第２のダウンリンク信号の間の相対的なオフセットに応じた量だけオフセットされる手段を有することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
    
22. 前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号のそれぞれが、搬送周波数チャネルに関する許容可能な周波数偏差の範囲内にあるように、前記第１のアップリンク信号および前記第２のアップリンク信号は通信のための搬送周波数チャネルに関して部分的に重なり合うことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
    
23. 前記第２の手段は、前記オフセットに基づき、前記リモート・ユーザ端末機に関連している前記第１のアップリンク信号を識別する手段をさらに有することを特徴とする請求項１７に記載の装置。

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