JPH08508865A - 異なる容量を有する２クラスのチャネルの使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 セルラ通信システムの基地局において、アンテナアレイにより信号を送信および受信する方法および装置。利用可能なトラヒックチャネルは、複数のクラスに分割される。基地局は広アンテナローブ内の第１クラスのチャネルにより移動局へ信号を送信する。次に、移動局の位置が、基地局において該移動局から受信した信号から決定されうる。移動局の位置が決定された後、基地局は、狭アンテナローブを有する第２クラスチャネルによって、移動局へ信号を送信し、また移動局から信号を受信しうる。

Description

【発明の詳細な説明】 異なる容量を有する２クラスのチャネルの使用発明の分野 本発明は、適応形アンテナアレイを有するセルラ通信システムに関し、特に、 基地局と移動局との間の通信用の、広い適応形アンテナローブと狭い適応形アン テナローブとの双方を用いるセルラ通信システムに関する。発明の背景 セルラ産業は、米国および世界の他地域における商業経営において著しい進歩 を遂げた。大都市地域における成長は予想を遥かに越え、システムの容量を上回 りつつある。もしこの傾向が続けば、急速な成長の効果は最も小さい市場におい て間もなく達成されるはずである。これらの増大する容量要求を満たし、かつ高 品質のサービスを維持しつつ価格の上昇を回避するためには、革新的な解決が必 要とされる。さらに、セルラユーザの数が増加するのに伴い、同一チャネル干渉 に関連する問題の重要性が増大する。 現在のディジタルセルラシステムは、時間および周波数の直交性を用いて移動 局信号を分離する基地局を使用している。移動局からの信号は基地局まで伝搬し 、それらの信号は単一アンテナ、または時々二重アンテナによって受信される。 受信機は時間および周波数の直交性を用いて該信号を処理し、異なるユーザから の信号を分離する。その後、該信号を等化しかつ検出することができる。周波数 ホッピングおよび先行コーディング技術のような技術は、同一チャネル干渉を低 減する方法を与えるが、それらは利用可能な周波数スペクトルによる制限を本来 受ける。しかし、適応形アンテナの方向感度の使用は、同一チャネル干渉を減少 させる新しい方法を与える。適応形アンテナは、空間的に分布したアンテナのア レイから成る。そのアレイには、いくつかの送信機からの信号が入射する。アン テナ出力を適正に組合せれば、受信される重なり合った信号から、たとえそれら が同じ周波数帯を占めるものであっても、個々の信号を抽出することができる。 その時、狭い適応形アンテナローブを用いることにより、空間的に分離されたユ ー ザ間の区別を行いうる。これは、空間的次元内における直交性を利用する方法と 見られうる。 現在のディジタルセルラシステムはまた、広アンテナローブ、すなわち６０° 、１２０°、または３６０°のローブ、を有する基地アンテナを用いる基地局を も使用する。基地局は、該ローブ内の全ての移動局からの信号を受信する。従っ て、移動局の位置を知る必要がない。しかし、移動局が他の角から送信すること を抑制することはできない。狭い適応形アンテナローブの使用は、前記位置、ま たはもっと正確には、移動局からの、また移動局への、受信／送信に対する最良 の空間的フィルタ、が知られていることを要求する。これは、移動局の空間的フ ィルタが、それぞれの新しい呼びのために、基地局間のそれぞれの通話チャネル 切替（ｈａｎｄｏｖｅｒ）の後に、測定されなくてはならないことを意味する。 この測定問題は、多くの応用において容易に解決されうる。しかし、移動局が 位置を変え、通信チャネルが急速に消失するセルラ移動システムにおいては、こ の問題は遥かに重要である。さらに、ＧＳＭ規格のような現行の規格は、しばし ば、価値ある情報が位置の不明な移動局へ直接送られうるように、広アンテナロ ーブが用いされることを仮定している。これは、適応形アンテナの訓練中に、情 報が失われないように特別の注意が払われなくてはならないことを意味する。も う１つの考慮事項は、チャネルへのリンク、すなわち、移動局がいくつかの時間 および／または周波数直交チャネルの１つに割当てられうるという事実、である 。新しい移動局は、特定のチャネルに対して不適切でありうるが、そのわけは、 例えば、それが同じチャネル上の古い移動局に接近しているためである。従って 、いかなるトラヒックをも妨害することなく、まず測定を行い、次に移動局を適 切なチャネルにリンクさせることが望まれる。換言すれば、空間的直交性を最大 化すべきである。 もう１つの重要な考慮事項は、通話チャネル切替測定である。移動局が、基地 局からの信号の信号強度を測定しうるように、あるチャネルは、広ローブ内に送 信されることが望まれる。開示の要約 本発明の目的は、既知および未知の位置を有する移動局が同じシステム内にお いて使用可能であり、同時に移動局の位置に関する知識が干渉を減少させ、かつ システムの容量を増加させるために利用されうるシステムを提供することである 。本発明のこの目的は、アンテナアレイを用い、また利用可能なトラヒックチャ ネルを複数のクラスに分割することにより達成される。 本発明の１実施例は、セルラ通信システムの基地局において、アンテナアレイ により信号を送信および受信する方法を開示する。まず、利用可能な通信チャネ ルが複数のクラスに分割される。次に、基地局は広アンテナローブを有する第１ クラスのチャネルにより移動局へ信号を送信する。次に、移動局の位置が、基地 局において該移動局から受信した信号から決定されうる。移動局の位置が決定さ れた後、基地局は、狭アンテナローブを有する第２クラスのチャネルによって、 移動局へ信号を送信し、また移動局から信号を受信しうる。図面の簡単な説明 次に、本発明を、例としてのみ与えられ添付図面に示されている本発明の実施 例に関して詳細に説明する。添付図面において、 第１図は、送信機と受信機との間の関係のブロック図を示し、 第２（ａ）図および第２（ｂ）図は、本発明の１実施例による１アンテナ配置 を示し、 第３図は、本発明の１実施例による呼びセットアップルーチンのフローチャー トであり、 第４図は、本発明の１実施例によるビーム形成の例を示し、 第５図は、本発明の１実施例による信号の検出および復調のフローチャートを 示し、 第６図は、本発明の一部の１実施例のブロック図を示し、 第７（ａ）図および第７（ｂ）図は、本発明の１実施例によるもう１つのアン テナ配置を示し、 第８図は、本発明の１実施例による基地局間の通話チャネル切替ルーチンのフ ローチャートである。詳細な説明 以下の説明は、ポータブルまたは移動電話および／または個人通信ネットワー クおよび複数の基地局を含むセルラ通信システムに関連するものであるが、本発 明が他の通信への応用においても適用されうることは、本技術分野に習熟した者 により理解されるはずである。 第１図は、送信機１０と受信機１４との間のリンクの概観図を示す。この送信 機および受信機は、移動局および基地局の双方に置かれるが、ここでの議論にお いては、送信機１０は移動局にあり、受信機１４は基地局に置かれている。送信 機１０は、チャネル１２を経て信号を受信機１４へ送る。チャネル１２は、イン パルス応答ｈ（ｔ）を有する線形伝達関数であるものと考えられ、それは、送信 機と受信機との間の全ての変化および位相および信号強度を作り出す。送信され た信号ｓ（ｔ）は、チャネルインパルス応答ｈ（ｔ）による影響を受け、受信信 号ｒ（ｔ）を形成する。信号ｒ（ｔ）は、適応形アンテナアレイ２０を経て受信 機１４によって受信され、該アンテナアレイは受信信号をチャネル推定器１６へ 供給し、該チャネル推定器は、ｈ（ｔ）に対するｈ（ｎ）とよばれる離散形近似 を計算する。離散形近似ｈ（ｎ）は次に、移動局に対するドップラ周波数の推定 値を発生するフェージング周波数推定器１８へ供給される。受信信号はまた復調 器／検出器２２へも供給され、これはチャネル推定およびドップラ周波数推定値 を用いて信号を復調および検出する。 本発明の１実施例によれば、利用可能なトラヒックチャネルは複数の、例えば ２つの、グループまたはクラスに分割される。本発明の１実施例によれば、第１ クラスのチャネルは妨害状況（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ） を有するので、基地局は、広アンテナローブを用いて信号を受信し、また広アン テナローブを用いて移動局への信号を送信しうる。第２クラスのチャネルは妨害 状況を有するので、受入れうる品質を得るためには、基地局は、狭アンテナロー ブを用いて信号を送信しなくてはならない。これらのチャネルクラス間の相違は 、基地局が狭アンテナローブ内に信号を送信する狭ローブチャネルの方が、かな り高いスペクトル効率を有することである。この高いスペクトル効率は通常、周 波数再使用を減少させるため、または多数の空間的に分離されたユーザが同じチ ャネルにより通信しうるようにするために、用いられうる。通常は、制御チャネ ルおよびあるトラヒックチャネルは、クラス１チャネルであるべきであり、一方 大 部分のトラヒックチャネルはクラス２チャネルであるべきである。さらに、クラ ス１チャネルは、同じ再使用距離および今日現在利用可能な受信機アルゴリズム を用いるべきであり、一方クラス２チャネルは、クラス１チャネルより小さい再 使用距離を有しうる。 第２（ａ）図は、広ローブチャネルを示す。図示されているように、チャネル ｆ１は広い地域に同報通信されるので、複数の移動局は、それらの位置によらず 基地局からの同報通信メッセージを受信しうる。第２（ｂ）図は、本発明の１実 施例による狭ローブチャネルを示す。図示されているように、チャネルｆ２は、 チャネルｆ２の方向を制限するための適応形アンテナアレイの空間的フィルタを 用いて、限られた地域に同報通信される。その結果、チャネルｆ２は、複数の移 動局により、それらの移動局が同一近辺に位置していない限り、個々のメッセー ジを送信および受信するために用いられうる。 本発明の１実施例によれば、基地局は、広ローブダウンリンクチャネル上に同 報通信情報、制御メッセージ、およびページングメッセージを送信する。基地局 はまた、広ローブアップリンクチャネル上のそれが有する割当てられた地域内の 全ての移動局の通信を聞き、該地域内では、例えば、諸移動局は基地局に対して アクセスリクエストを送りうる。基地局は、アンテナアレイにより周囲の地域か らの信号を集める。集められた信号は、次に信号プロセッサに入り、該プロセッ サは全ての個々の信号を評価して移動局の存在を検出し、また移動局の位置を測 定する。基地局は、移動局の位置が所定レベルの確実性より高いことが決定され た後、次にこれらの位置測定値を用いて、特定の移動局へ信号を送るのに用いる アンテナローブの広さを減少させる、すなわち移動局に対しクラス２チャネルを 割当てることができる。 クラス１チャネルはまた、新しい呼びのセットアップのため、また基地局間の 通話チャネル切替のために用いられる。第３図には、本発明の１実施例による代 表的な呼びセットアップルーチンが示されている。まず、ステップ３００におい て、移動局は基地局に対し、クラス１チャネルであるランダムアクセス制御チャ ネルを経てアクセスメッセージを送る。ステップ３０２において、時刻Ｋにおけ るアンテナアレイからのベクトルシーケンスを、アレイ素子の数をＬとして、Ｘ （Ｋ）＝〔Ｘ，（Ｋ）．．．Ｘ_L（Ｋ）〕^Tと表すことにより、このメッセージが 検出され、アンテナアルゴリズムに対する訓練シーケンスとして用いられる。メ ッセージシーケンス｛ｄ（Ｋ）｝_l ^Nは、例えば、以下のような最小二乗法の問題 における所望信号として用いられうる。まず、ｄ（Ｋ）に最も近いＸ（Ｋ）の１ 次結合が決定される。換言すれば、ベクトルＷが、（ｄ_K−Ｗ^HＸ_K）²が最小化さ れるように決定される。決定されたベクトルＷ₀、ただしＷ₀＝〔Ｗ．．．Ｗ₂〕^T 、は次に、移動局からの信号をフィルタ抽出するために用いられうる。次に、ス テップ３０４において基地局は、移動局に対し、リクエストされた呼びのために 利用しうるクラス１チャネルを割当てる。次に、移動局がそのクラス１チャネル を用いてデータを送信している間に、該移動局の位置が測定されうる。 移動局の位置は、例えば、前に決定されたベクトルＷ₀を特徴としうる。また 、ビーム形成、ミュージック（ＭＵＳＩＣ）、エスプリ（ＥＳＰＲＩＴ）、およ びダブリューエスエフ（ＷＳＦ）のような公知のアルゴリズムを用いて、移動局 からの信号の到着方向を決定することも可能である。第４図には、ビーム形成の 例が示されている。移動局からの信号は、いくつかのローブ、例えば４ローブ、 内において受信される。ビーム形成は、例えば、４つの分離された方向性アンテ ナ４０２を用いて、無線周波信号に対し、またはディジタルフィルタを有するベ ースバンドに対し、バトラ（Ｂｕｔｌｅｒ）ビーム形成器４０４により行われう る。第５図は、移動局からの信号を検出し、かつ復調する１プロセスを示す。ス テップ５００において、移動局からの信号がアンテナアレイ４０２により受信さ れる。次にステップ５０２においてローブが形成され、ステップ５０４において それぞれのローブからの出力電力が測定される。次にステップ５０６においては 、最大の測定電力を有するローブが最良のローブとして選択される。その時、ロ ーブ番号、すなわち、１、２、３、４、が、その移動局の位置の特徴となる。次 にステップ５０８において所望信号がフィルタ抽出され、ステップ５１０におい て該信号が検出され、かつ復調される。得られた信号は次にステップ５１２にお いて、使用可能である、例えば十分な信号強度を有する、か否かチェックされる 。もし信号が使用可能でなければ、選択されたローブは、ステップ５１４におい て使用済みとしてマークを付けられ、ルーチンはステップ５０２へ復帰する。 第６図は、移動局ＭＳ１から受信される信号の電力を測定する１方法を示す。 アンテナアレイ６０２は複数の信号を受信し、そのあるものはＭＳ１からのもの である。該複数の信号は、次に空間的フィルタ６０４によってフィルタされる。 この空間的フィルタリングは、アップリンク方向における他方向からの干渉を減 少せしめうる。それはまた、基地局から移動局へ向かうダウンリンク妨害をも減 少せしめうる。アップリンク方向においては、空間的フィルタの重みＷ₁、Ｗ₂、 Ｗ₃、およびＷ₄は、フィルタされた信号Ｙ（Ｋ）が、移動局ＭＳ１から受信され た信号のみから成るように選択される。ダウンリンク方向においては、空間的フ ィルタの重みは、ＭＳ１に対する全ての信号がＭＳ２を妨害することなくＭＳ１ に到達するように選択される。フィルタされた信号Ｙ（Ｋ）は、次に２乗手段６ ０６において２乗され、移動局ＭＳ１の瞬間電力を発生する。この瞬間電力は、 次に積分器４０８において時間的に平均され、移動局ＭＳ１の時間平均された電 力を発生する。第３図へ帰ると、新しい移動局の位置および電力レベルがステッ プ３０６において決定されると直ちに、該移動局はステップ３０８においてクラ ス２チャネルを割当てられうる。 既知位置を有する移動局への、またそれからの、トラヒックは、狭アンテナロ ーブを用いて特定方向へ送られうる。その結果、干渉は減少せしめられ、多数の 移動局が同じ周波数チャネルを用いうる。本発明の１実施例によれば、単一周波 数チャネルは同時に５ユーザまでを有しうるが、それに限られるわけではない。 ＡＭＰＳ形ＦＤＭＡシステムにアクセスしようとする移動局は、通常そのアクセ スリクエストまたは呼びセットアップリクエストを、第２（ａ）図に示されてい る広ローブチャネルを用いて基地局へ送る。その信号は、基地局によって処理さ れ、次に移動局の位置が測定されうる。次に移動局は、第２（ｂ）図に示されて いる狭帯域チャネルを経て送信し、また受信するように命令される。 ＡＤＣ形ＴＤＭＡシステム内のアクティブ移動局は、第７（ａ）図および第７ （ｂ）図に示されているように、通常は基地局への送信のために１つのタイムス ロットを用い、基地局からの受信のためにもう１つのタイムスロットを用いる。 この送信は、通常は第７（ａ）図に示されているような、高い周波数効率を有す る狭ローブチャネルを用いる。その後、該移動局は、残余のタイムスロットによ り、第７（ｂ）図に示されているような広ローブチャネル上の一般的近隣内の基 地局からの同報通信情報を自由に聞きうる。 第８図には、本発明の１実施例による代表的な呼び通話チャネル切替ルーチン が示されている。ステップ８００において第１基地局が、本技術分野において通 常の習熟度を有する者にとって公知である方法の１つを用いての通話チャネル切 替が必要であることを決定した時は、ステップ８０２において第１基地局は、移 動局を第２基地局へ切替える。次にステップ８０４において第２基地局は、該移 動局に利用可能なクラス１チャネルを割当てるので、該移動局は進行中の呼びを 続けうる。次に、ステップ８０６において該移動局の位置が、該基地局または該 移動局によって漸進的に決定される。ステップ８０８において第２基地局は、該 移動局に、利用可能なクラス２トラヒックチャネルを割当てる。さらに、本発明 の１実施例によれば、移動局がクラス２チャネル上へ送信しつつある間に、該移 動局は、信号が時間的に分離されている限り、クラス１チャネルを監視すること により、通話チャネル切替測定を行いうる。 本発明のもう１つの実施例によれば、クラス２チャネルは広さが可変であるア ンテナローブを有し、クラス２チャネルのアンテナローブの広さは全て、クラス １チャネルのアンテナローブの広さよりも小さい。その結果、移動局の位置が漸 進的に決定されるのに伴って、基地局は、移動局に割当てられたクラス２チャネ ルのアンテナローブの広さを漸進的に減少せしめうる。その結果、移動局の信号 品質は漸進的に高められうる。 本技術分野において通常の習熟度を有する者ならば、本発明が、その精神また は本質的特徴から逸脱することなく、他の特定の形式で実施されうることを認識 しうるはずである。従って、ここに開示された実施例は、全ての点において例示 的なものであり、限定的なものではないと考えられる。本発明の範囲は、以上の 説明によってではなく、添付の請求の範囲によって示され、それと同等のものの 意味および範囲内に属する全ての変更は、請求の範囲内に含まれるように意図さ れている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．セルラ通信システムの基地局においてアンテナアレイにより信号を送信お よび受信する方法であって、 利用可能な通信チャネルを複数のクラスに分割するステップと、 広アンテナローブを有する第１クラスのチャネルにより複数の移動局へ信号を 送信するステップと、 移動局の位置を、該移動局から受信した信号から決定するステップと、 該移動局の位置が決定された時、狭アンテナローブを有する第２クラスのチャ ネルによって該移動局へ信号を送信するステップと、 該移動局から双方のチャネルクラスの調節可能な広さのローブにより信号を受 信するステップと、 を含む、セルラ通信システムの基地局においてアンテナアレイにより信号を送信 および受信する方法。 ２．前記第１クラスのチャネルが呼びのセットアップに用いられる、請求項第 １項記載の方法。 ３．前記移動局の位置が、 該移動局から受信された信号の電力レベルを測定するステップと、 新しく接続された移動局に対する適正なアンテナローブを決定するステップと 、によって決定される、請求項第２項記載の方法。 ４．前記移動局の位置が所定レベルの確実性より高いことが決定された後に、 前記基地局が該移動局を前記第２クラスチャネル内のチャネルに割当てる、請求 項第１項記載の方法。 ５．前記第１クラスのチャネルが基地局間の通話チャネル切替のために用いら れる、請求項第１項記載の方法。 ６．移動局において前記第２クラスチャネル内のチャネルにより信号を送信お よび受信するステップと、 該移動局において前記第１クラスチャネルにより受信された信号の通話チャネ ル切替測定を行うステップと、 をさらに含む、請求項第５項記載の方法。 ７．少なくとも１つの制御チャネルと、少数のトラヒックチャネルとが、前記 第１クラスチャネルに属する、請求項第１項記載の方法。 ８．前記第２クラスチャネルが、前記第１クラスチャネルよりも小さい再使用 距離を有する、請求項第１項記載の方法。 ９．前記第２クラスチャネルが、それぞれのチャネルに対し１人よりおおくの ユーザを有しうる、請求項第１項記載の方法。 １０．前記第２クラスチャネルが可変アンテナローブ幅を有しうる、請求項第 １項記載の方法。 １１．前記基地局が移動局の位置を漸進的に決定するのに伴い、該基地局が、 該移動局に割当てられた第２クラスチャネルのアンテナローブ幅を漸進的に減少 せしめる、請求項第１０項記載の方法。 １２．基地局から複数の移動局へ複数クラスのチャネルを経て信号を送信する 手段と、 基地局において複数の移動局から複数クラスのチャネルを経て信号を受信する 手段と、 該受信された信号から移動局の位置を決定する手段であって、前記基地局が広 アンテナローブを有する第１クラスチャネルにより信号を送信し、前記移動局の 位置が決定された時には該基地局が狭アンテナローブを有する第２クラスチャネ ルにより信号を送信する、前記移動局の位置を決定する手段と、 を含む、アンテナアレイを有する少なくとも１つの基地局を含む通信システム。 １３．前記第１クラスチャネルが、呼びのセットアップに用いられる、請求項 第１２項記載のセルラ通信システム。 １４．前記第１クラスのチャネルが基地局間の通話チャネル切替のために用い られる、請求項第１２項記載のセルラ通信システム。 １５．前記位置決定手段が、 前記移動局からの信号の電力レベルを決定する手段と、 新しく接続された移動局に対する適正なアンテナローブを決定する手段と、 を含む、請求項第１３項記載のセルラ通信システム。 １６．前記移動局の位置が所定レベルの確実性より高いことが決定された後に 、前記基地局が該移動局を前記第２クラスチャネル内のチャネルに割当てる、請 求項第１３項記載のセルラ通信システム。 １７．移動局が、前記第２クラスチャネル内のチャネルにより信号を送信およ び受信する手段と、前記第１クラスチャネル内のチャネルにより通話チャネル切 替測定を行う手段と、を含む、請求項第１４項記載のセルラ通信システム。 １８．前記移動局が前記第１クラスチャネル内のチャネルにより信号を送信お よび受信する手段をさらに含む、請求項第１３項記載のセルラ通信システム。 １９．少なくとも１つの制御チャネルと、少数のトラヒックチャネルとが、前 記第１クラスチャネルに属する、請求項第１２項記載のセルラ通信システム。 ２０．前記第２クラスチャネルが、前記第１クラスチャネルよりも小さい再使 用距離を有する、請求項第１２項記載のセルラ通信システム。 ２１．前記第２クラスチャネルが、それぞれのチャネルに対し１人よりおおく のユーザを有しうる、請求項第１２項記載のセルラ通信システム。 ２２．前記第２クラスチャネルが可変アンテナローブ幅を有する、請求項第１ ２項記載のセルラ通信システム。 ２３．前記基地局が移動局の位置を漸進的に決定するのに伴い、該基地局が、 該移動局に割当てられたクラス２チャネルのアンテナローブ幅を漸進的に減少せ しめる、請求項第２２項記載のセルラ通信システム。