KR100433143B1

KR100433143B1 - 빔 방향 가변형 안테나를 이용한 무선 통신 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR100433143B1
Application number: KR10-2001-0049752A
Authority: KR
Inventors: 스즈끼도시로; 다께이겐; 다까하시사또시; 우사미히로시; 이시다유지
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-08-18
Publication date: 2004-06-12
Also published as: CN1197280C; US20020068590A1; CN1356793A; KR20020043155A; US6879845B2

Abstract

HDR(High Data Rate) 시스템에서 셀이나 섹터의 경계 영역에서, 각 기지국으로부터 발사되는 전파가 상호 간섭하여 충분히 높은 비트 레이트에서의 통신이 곤란하게 되는 것을 방지하는 시분할 다중형 무선 통신 시스템을 기술한다.

안테나 모듈(19-1)은 복수의 안테나 엘리먼트를 구비한다. 수신측 고주파 회로(RX, 19-3)는 각 안테나 엘리먼트로부터의 신호를 소정 빔 패턴의 안테나 지향성으로 합성한다. 복조기(DEM, 19-5)는 합성된 각 지향성의 수신 신호에 기초하여, 무선 단말로부터의 수신 신호를 선택하고, 선택된 방향으로 빔을 향하도록 하기 위한 송신 빔 방향 정보를 결정한다. 가중 제어부(WC, 19-13)는 송신 빔 방향 정보에 기초하여 빔 패턴과 송신 빔 방향을 정하는 가중 계수를 구하고, 또한 송신 빔 방향과 그 방향으로 방사하는 경우에 사용하는 타임 슬롯과의 관계를 기억한 테이블에 기초하여 송신 타임 슬롯을 구한다. 하향 회선 고정 빔 형성 회로(DL FBF, 19-11) 및 변조기(MOD, 19-10)는 구해진 빔 패턴, 빔 방향 및 송신 타임 슬롯을 이용하여 안테나 모듈(19-1)을 제어하여 하향 신호를 송신한다.

Description

빔 방향 가변형 안테나를 이용한 무선 통신 방법 및 시스템{WIRELESS COMMUNICATION METHOD AND SYSTEM USING BEAM DIRECTION-VARIABLE ANTENNA}

본 발명은 무선 통신 방법에 관한 것으로, 특히 시분할 다중화(time-division multiplexing) 방식으로 복수 단말 방향의 채널을 다중화하고, 또한 빔 방향 가변형 안테나를 구비하는 기지국 시스템에서의 무선 통신 방법에 관한 것이다.

종래, 시분할 다중형 무선 통신 시스템에서는, 각 단말 방향의 신호를 각각 다른 타임 슬롯을 이용한 채널로 송신함으로써, 채널간의 크로스토크(crosstalk),간섭을 억제하는 것을 기본으로 하고 있다. 따라서, 부호 다중 시스템과 같이 동일 시각에 복수 단말 방향 신호를 동시에 송신하는 것에 의한 동일 기지국 하에서의 간섭이 없으므로, 소위 스마트 안테나 또는 어댑티브(adaptive) 안테나라 불려지는 바와 같은 안테나 지향성을 통신 중인 단말에 집중시켜, 다른 단말에 대한 간섭 방해를 억제하는 시스템의 필요성은 적었다.

일반적으로 통신 채널의 변조 및 부호화 방식의 파라미터를, 관측되는 간섭 잡음의 정도를 고려하면서 최적의 값으로 제어하여, 소위 최적 효과(best effort)형 통신을 행하는 방식에서는, (예를 들면, Paul Bender, Peter Black, Mattew Grob, Roberto Padovani, Nagabhushana Sindhushana, and Andrew Vitervi, "CDMA/HDR: A Bandwidth-Efficient High-Speed Wireless Data Service for Nomadic Users", IEEE Communications Magazine, Vol.38, pp. 70-77, July, 2000에 기재된 방식, 이하 HDR(High Data Rate) 방식이라 칭함), 단말에서 관측된 간섭 잡음량에 따라서 통신할 수 있는 데이터 레이트가 결정된다. 이와 같은 시스템에서는, 간섭 잡음량이 낮아진다면, 보다 높은 데이터 레이트로 통신을 행하는 것이 가능하게 되므로, 간섭 잡음을 가능한 한 감소시키는 것이 시스템 성능의 향상에 유효하게 된다. 이 단말에서 관측되는 간섭 잡음은 시분할 다중 방식을 이용하고 있는 한, 통신 중인 동일 기지국으로부터 송출되는 다른 단말 방향의 신호가 아닌, 인접 또는 다른 기지국으로부터의 다른 단말 방향으로 동일 시각에 송출되는 신호이다.

도 23은 HDR 방식의 기본 원리의 설명도를 도시한다. 일반적으로, 기지국으로부터 송신되는 단말 방향의 신호(이하, 하향 신호라 지칭함)는, 예를 들면 대도시에서는 거리의 3.5승에 반비례하여 전력이 감쇠하는 것으로 알려져 있다. 이 수신 전력은 거리가 떨어짐에 따라 점점 인접 기지국으로부터 송신된 신호, 또는 열잡음 등에 의해 구성되는 간섭 신호 레벨보다 저하하여, 단말에서의 정상 신호가 곤란하게 된다. 이 수신 신호 전력과 간섭 신호 전력의 비(carrier-to-interference ratio)를 C/I라 칭한다. 기지국의 근방에서, 이 C/I가 충분이 높은 경우에는 예를 들면 무선 신호의 변조 방식을 8값의 다치 변조로 하여, 또한 전파의 품질이 높기 때문에 오류 정정의 용장도(redunduncy)를 저하시키고, 결과적으로 동일한 대역을 사용하더라도 높은 비트 레이트에서의 전송이 가능하게 된다. 한편, 기지국으로부터 이격된 지역에서는 C/I가 저하되므로, 오류가 발생하기 어려운 2값 변조 방식을 이용하고, 또한 신호의 용장도를 상승시켜 오류 정정 능력을 높게 하지 않으면 안된다. 그 결과, 전송할 수 있는 비트 레이트가 저하한다. HDR 방식에 있어서는, 통신을 개시하기 전에 단말에서 C/I를 실측하고, 그 지점에서 수신 가능한 최대 비트 레이트를 기지국에 전달하여 결과적으로 최적 효과의 무선 전송 시스템을 실현한다.

여기에서, 도 24에 HDR 방식 하향 회선에서의 다중화 방식에 관한 설명도를 도시하고 있다. 도 25에 일반적인 기지국 배치의 예에 대한 설명도를 도시하고 있다. 또한, 도 26에 HDR 방식 하향 회선에서의 송신 신호 타이밍의 설명도를 도시하고 있다.

HDR 방식에서는, 이 하향 신호의 다중화는 도 24에 도시된 바와 같이, 예를 들면 N개의 타임 슬롯에 각각 다른 단말 방향의 신호를 배치하는, 소위 시분할 다중화 방식을 이용하고 있다. 즉, 도 25에 도시한 바와 같이 기지국이 설치되어 있는 경우, 각 기지국은 도 26에 도시한 바와 같이 시간적으로 임의로 할당된 타임 슬롯을 이용하여 전파를 발사한다. 도시한 바와 같이 예를 들면 기지국(이하 BS라 칭함) BS1 및 BS2가 시각 T1 내지 T2에서는 동시에 전파를 발사하고 있는 것으로 가정하여, 도 25에서 해칭(hatching)으로 표시한 BS1 및 BS2의 경계 영역(3-1)에서는 강한 전파 간섭이 발생한다. 그 결과, 단말에서 관측하면, BS1로부터의 신호와 BS2로부터의 신호 모두 C/I가 저하하여, 높은 비트 레이트에서의 통신이 곤란하게 된다.

도 30은 종래 임의로 기지국을 사각 배치한 경우의 HDR 하향 회선에서의 커버리지(614.4 kbit/s)의 설명도를 도시한다. 도 30은 각각의 섹터가 90도 개구각의 빔으로 형성되어 있는 3섹터형 HDR 기지국을 한 변이 2km인 사각형의 정점에 배치한 경우의, 비트 레이트가 614.4 kbit/s에서의 서비스 커버리지를 해칭으로 표시하고 있다. 여기에서는, 전체 기지국의 전체 타임 슬롯에서 전파를 발사하고 있는 것을 전제로 계산하고 있다. 도면에서, 영역(20-5)에서는 BS1의 섹터 빔(20-1)과 BS2의 섹터 빔(20-2)이 상호 서로 간섭하여 서비스가 불가능하게 되어 있다. 한편, 영역(20-6)에서는 BS3 및 BS4 중 어느 섹터 빔도 이 방향을 향하고 있지 않으므로, 서비스가 불가능하게 되어 있다. 또한, 영역(20-8)에서는 BS1의 섹터 빔(20-1, 20-7)이 각각 서로 간섭하여 서비스 불가능 영역이 BS1의 상당한 근방까지 깊이 패어있는 모양이 되어 있다. 동일한 깊이 패인 모양은 예를 들면 영역(20-9)에서도 관측된다.

도 31은 종래 임의로 기지국을 사각 배치한 경우의 HDR 하향 회선에서의 커버리지(204.8kbit/s)의 설명도를 도시한다. 도 31은 동일한 조건에서 비트 레이트를 204.8kbit/s까지 저하시킨 경우의 서비스 영역을 나타내고 있지만, 여기까지 비트 레이트를 저하시키더라도 서비스가 가능하지 않은 영역이 남아 있다.

본 발명의 목적은, 이상의 점에 착안하여 특히 HDR 시스템에서 셀 또는 섹터의 경계 영역에서, 각 기지국으로부터 발사되는 전파가 상호 서로 간섭하여 충분히 높은 비트 레이트에서의 통신이 곤란하게 되는 것을 방지하는 기지국 시스템에서의 무선 통신 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 섹터 빔의 방향이 지향되지 않는 영역을 적게 하거나, 한층 넓은 영역에서 서비스할 수 있는 무선 통신 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 복수의 섹터 빔이 서로 간섭하여 서비스 불가 영역이 깊이 패인 모양이 되는 것을, 가능한 한 방지할 수 있는 무선 통신 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 예를 들면 HDR 하향 회선에서 각 기지국으로부터 동일 시각에 발사되는 전파의 방향을, 서로 가장 간섭이 어려운 방향으로 하고, 단말이 서비스 영역의 어느 곳에 존재하더라도, 항상 간섭 방해가 적은, 양호한 전파신호를 수신하는 것이다. 이것에 의해, 본 발명의 다른 목적은 전파 간섭이 적은 경우에는 높은 비트 레이트의 통신이 가능하다고 하는 HDR의 특징의 하나를, 최대로 발휘하는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 기지국으로부터의 전파가 상호 서로 간섭하는 것을 방지하기 위해, 서로 간섭하는 전파 신호를 동일 시각에 방사시키지 않고, 각각 다른 시각에 방사하도록 하여 간섭을 회피하도록 한 것이다. 이 때, 각 기지국에서의 시각 관리를 예를 들면 GPS 시스템과 같은 광역에서 고정밀도로 절대 시각을 공급할 수 있는 시스템을 활용하여 고정밀도로 동기시켜, 각 기지국의 전파 발사 방향을 시각마다 전환하여 간섭을 회피한다.

본 발명의 하나의 해결 수단에 따르면,

복수의 안테나 엘리먼트를 구비하고, 각 안테나 엘리먼트에 의한 수신 신호 및 송신 신호를 합성하여 소정 빔 패턴의 안테나 지향성을 실현할 수 있는 안테나를 통해 무선 단말로부터의 신호를 수신하며,

각 안테나 엘리먼트로부터의 신호를 소정 빔 패턴의 안테나 지향성으로 합성하고,

합성된 각 지향성 수신 신호에 기초하여, 무선 단말로부터의 수신 신호를 선택하며, 선택된 방향으로 빔을 향하도록 하기 위한 송신 빔 방향 정보를 결정하고,

송신 빔 방향 정보에 기초하여 빔 패턴과 송신 빔 방향을 정하는 가중 계수를 구하며, 또한 송신 빔 방향과 그 방향으로 방사하는 경우에 사용하는 타임 슬롯과의 관계를 기억한 테이블에 기초하여 송신 타임 슬롯을 구하고,

구해진 빔 패턴, 빔 방향 및 송신 타임 슬롯을 이용하여 안테나를 제어하여 하향 신호를 송신하는 무선 통신 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 기지국을 삼각 배치한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지(614.4kbit/s)의 설명도.

도 2는 본 발명에 따른 기지국을 사각 배치한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지(614.4kbit/s)의 설명도.

도 3은 본 발명에 따른 기지국을 삼각 배치한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지(1228.8kbit/s)의 설명도.

도 4는 본 발명에 따른 30도 섹터 안테나, 타임 슬롯 A를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도.

도 5는 본 발명에 따른 30도 섹터 안테나, 타임 슬롯 B를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도.

도 6은 본 발명에 따른 30도 섹터 안테나, 타임 슬롯 C를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도.

도 7은 본 발명에 따른 30도 섹터 안테나, 타임 슬롯 D를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도.

도 8은 본 발명에 따른 30도 섹터 안테나, 타임 슬롯 A, B, C, D를 이용한HDR 하향 회선 가산시의 서비스 커버리지(614.4kbit/s)의 설명도.

도 9는 본 발명에 따른 30도 섹터 안테나, 타임 슬롯 A, B, C, D를 이용한 HDR 하향 회선 가산시의 서비스 커버리지(1228.8kbit/s)의 설명도.

도 10은 본 발명에 따른 90도 섹터 안테나, 타임 슬롯 A를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도.

도 11은 본 발명에 따른 90도 섹터 안테나, 타임 슬롯 B를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도.

도 12는 본 발명에 따른 90도 섹터 안테나, 타임 슬롯 C를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도.

도 13은 본 발명에 따른 90도 섹터 안테나, 타임 슬롯 D를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도.

도 14는 본 발명에 따른 90도 섹터 안테나, 타임 슬롯 A, B, C, D를 이용한 HDR 하향 회선 가산시의 서비스 커버리지(614.4kbit/s)의 설명도.

도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기지국의 구성을 도시한 블럭 회로도.

도 16은 UL FBF(19-4)의 상세 구성예를 도시한 블럭 회로도.

도 17은 DEM(19-5)의 상세 구성예를 도시한 블럭 회로도.

도 18은 가중 제어 회로(WC)의 상세 구성예를 도시한 블럭 회로도.

도 19는 MOD(19-10)의 상세 구성예를 도시한 블럭 회로도.

도 20은 하향 송신측 빔 형성 회로 DL FBF(19-11)의 상세 구성예를 도시한 블럭 회로도.

도 21은 본 발명의 실시예에 따른 하향 빔 제어의 플로우 차트.

도 22는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기지국의 구성을 도시한 블럭 회로도.

도 23은 HDR 방식의 기본 원리의 설명도.

도 24는 HDR 방식 하향 회선에서의 다중화 방식에 관한 설명도.

도 25는 일반적인 기지국 배치의 예를 도시한 설명도.

도 26은 HDR 방식 하향 회선에서의 송신 신호의 타이밍 다이어그램.

도 27은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기지국 제어 시스템을 도시한 블럭도.

도 28은 본 발명의 실시예에 이용되는 빔·타임 슬롯의 테이블을 예시하는 다이어그램.

도 29는 도 28의 테이블의 수정예(modification)를 도시한 다이어그램.

도 30은 종래의 임의로 기지국을 사각 배치한 경우의 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지(614.4kbit/s)의 설명도.

도 31은 종래의 임의로 기지국을 사각 배치한 경우의 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지(204.8kbit/s)의 설명도.

<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>

19-1 : 안테나 모듈

19-2 : 듀플렉서(DUP)

19-3 : 수신측 고주파 회로(RX)

19-4 : 상향 회선용 고정 빔 형성 회로(UL FBF)

19-5 : 복조기(DEM)

19-6 : 복호기

19-7 : 액세스 회선 인터페이스(LIF)

19-8 : 액세스 회선 인터페이스(LIF)

19-9 : 부호기(COD)

19-10 : 변조기(MOD)

19-11 : 하향 회선 고정 빔 형성 회로(DL FBF)

19-12 : 송신측 고주파 회로(TX)

19-13 : 가중 제어기(WC)

19-14 : 클럭 신호 발생 회로(CLK)

19-15 : 수신기(GPS)

도 1은 본 발명에 따른 기지국을 삼각 배치한 HDR 하향 회선에서의 서비스커버리지(614.4kbit/s)의 설명도를 도시한다. 도 1은 3섹터 기지국을 이용한 경우의 최적 기지국, 및 섹터 방향 배치를 도시하고 있다. 도면에 도시한 각 기지국은, 각각의 섹터가 90도의 개구각을 갖는 안테나로 구성된, 3섹터 안테나형 HDR 기지국이고, 전체 타임 슬롯을 이용하여 614.4kbit/s의 전송을 행한 경우의 커버리지를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 각 기지국의 셀 영역의 경계 영역, 예를 들면 5-4에서는 이 비트 레이트에 의한 전송이 곤란하게 된다. 이것은 BS1의 섹터 안테나(5-1)와 BS2의 섹터 안테나(5-2), BS3의 섹터 안테나(5-3)의 전파가 공간에서 각각 서로 간섭하여, 614.4 kbit/s의 레이트에서의 전송을 곤란하게 하고 있다. 그러나, 종래의 기술의 도 30과 비교하면, 서비스 곤란 영역은 대폭 축소되어 있다. 이것은 도 30에서는 각 기지국을 원하는 지역에 사각형을 깔아, 그들의 정점에 기지국을 배치하는, 사각 배치로 한 데 대해, 도 1의 실시예에서는 기지국을 깔아 놓은 삼각형의 정점에 기지국을 배치한 삼각 배치로 하고, 또한 각 기지국의 섹터 방향을 서로 전파 간섭이 최소가 되는 방향이 되도록 배치했기 때문이다. 그러므로, 예를 들면 도 30의 BS1의 섹터 빔(20-1), 및 BS2의 섹터 빔(20-2)인 경우에 나타난 것과 같은 상호 근거리에서, 동일한 지역을 조사하는 빔의 교착에 의한 간섭 증가가 발생하지 않게 된다.

도 2는 본 발명에 의한 기지국을 사각 배치한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지(614.4 kbit/s)의 설명도를 도시한다. 도 2는 반치각 90도, 4섹터 안테나, 비트 레이트 614.4 kbit/s, 각 기지국은 전체 타임 슬롯을 사용으로 한 것이다. 사각 배치로써 3섹터형의 기지국을 이용하면, 도 30 및 도 31에 종래 예로서도시한 바와 같이, 기하학상 상호 서로 간섭하는 빔의 교착을 회피할 수 없다. 사각 배치하는 경우는 도 2에 도시한 바와 같이 섹터 빔을 4섹터형으로 할 필요가 있다. 또한, 섹터의 방향은 도시한 바와 같이 인접 기지국끼리는 상호 45도씩 기울어짐으로써, 빔의 교착을 최소화하는 것이 가능하게 된다.

이상은 본 발명의 제1 실시예의 효과를 설명했지만, 그래도 각 기지국의 중간 거리에서는 서비스 불가능이 되는 영역이 남는다. 예를 들면, 도 1의 영역(5-4), 도 2의 영역(13-3) 등이다.

또한, 도 3에, 본 발명에 따른 기지국을 삼각 배치한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지(1228.8kbit/s)의 설명도를 도시한다. 도 3은 반치각 90도, 3섹터 안테나, 비트 레이트 1228.8kbit/s, 전체 타임 슬롯 사용으로 한 것이다. 예를 들면, 비트 레이트를 1228.8 kbit/s까지 상승시키면, 도시한 바와 같이 서비스 가능한 영역이 현저하게 감소한다. 서비스 곤란 영역은 인접 기지국과의 셀 경계 영역 및 동일 기지국내에서의 섹터 경계 영역에서 발생한다. 즉, 섹터 수 및 섹터 방향을 최적화하는 제1 실시예만으로는 서비스 불가능 영역을 없게 하는 것은 곤란한 경우가 있다.

그래서, HDR의 하향 회선이 시분할형의 다중화 방식을 이용하고 있는 것을 이용하여, 또한 서비스 영역의 확대를 꾀한다. 도 26에 도시한 예에서는, 시각 T2 내지 T3에서는 BS2가 전파 발사를 정지하고 있으므로, 도 25의 해칭 영역(3-1)에서도 BS1로부터의 신호는 높은 C/I를 확보하는 것이 가능하고, 따라서 높은 비트 레이트에서의 통신이 가능하게 된다. 즉, 상호 서로 간섭하는 셀/섹터간에서는 동일시각에 전파를 발사하는 것을 회피하면 상호 간섭량을 현저하게 저하시킬 수 있고, 따라서 높은 비트 레이트에서의 통신이 가능한 영역을 확대할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는, 시스템 내 각 기지국에 안테나의 송신 지향성을 전환할 수 있는 기능을 설치하고, 또한 이 지향성 전환을 각 기지국간에서 동기시켜 행함으로써, 특정 단말에서, 복수의 기지국으로부터 송신되는 신호가 동일 시각에 서로 간섭하는 확률을 최소화하는 것을 주요 특징으로 한다. 그 결과, 각 단말에서는 자신에게 설정된 통신 시각(time slot)에서 인접 또는 다른 기지국으로부터의 간섭 잡음이 극히 낮은 상태에서의 통신이 가능하게 되고, 최적 효과 기능에 의해, 최대의 비트 레이트에서의 통신이 가능하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 30도 섹터 안테나, 타임 슬롯 A(도 24)를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도를 도시한다. 도 4는 반치각 30도, 12섹터 안테나 중 3섹터를 사용, 비트 레이트 614.4 kbit/s, 타임 슬롯 A로 한 것이다. 본 실시예에서는 도 1, 도 3의 경우와 달리, 각 기지국 섹터 안테나의 개구각을 30도로 좁은 각도로 하고 있다. 도시한 바와 같이, BS1과 BS2의 경계 영역(7-4)에서도 각각의 기지국의 커버리지는 양 기지국의 중간 거리 부분까지 확장하고 있다. 이것은 섹터 빔을 좁은 각도로 함으로써, 예를 들면 영역(7-1)과 (7-2)의 안테나로부터 방사된 신호가 상호 엇갈려 간섭 방해를 주기 어렵게 되기 때문이다. 그러나, 이대로는 빔이 좁은 각도로 인해, 예를 들면 영역(7-5)에 도시된 바와 같은 빔의 중간 영역은 커버될 수 없고, 통신 가능한 커버리지는 좁은 영역으로 한정되어 버리는 경우가 있다.

도 24에 도시한 바와 같이, HDR 하향 회선에서는 각 통신 채널은 시간적으로 다중화되어 있다. 그래서, 예를 들면 30도 빔의 안테나 3개로 구성한 섹터 기지국에서, 사용하고 있는 타임 슬롯마다 안테나 방사 각도를 30도씩 시간적으로 변위하여 4회 방사하면, 마치 기지국 주변을 주사하는 것과 같이 회전시키는 것과 등가가 되어, 전체 방향을 커버리지에 들어가게 하는 것이 가능하게 된다. 예를 들면 도 4에 도시한 상태를, 도 24의 타임 슬롯 A에서의 커버리지를 표시한 것으로 가정한다. 이하, 도 5, 도 6, 도 7에 각각 본 발명에 의한 30도 섹터 안테나, 타임 슬롯 B, C, D를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도를 도시한다. 이들은 도 4와 같이, 반치각 30도, 12섹터 안테나 중 3 섹터를 사용, 비트 레이트 614.4 kbit/s로 한 것이다. 도시한 바와 같이 전체 타임 슬롯에서 각 기지국의 전파 방사 방향의 제어는 시간적으로 동기시켜 변경한다. 이것은 마치 30도 빔 12섹터 안테나를 타임 슬롯마다 3섹터씩 사용하는 것에 상당한다. 다만, 시스템 구성을 12섹터형으로 하든지, 3섹터의 각 섹터를 4등분하여 타임 슬롯마다 전파 발사 방향을 변경하여 운용하는지는 트래픽의 혼잡도, 단말의 지리적인 분포 특성 등에서 선택되어야 하는 것이다.

각 타임 슬롯에서 발사되는 전파의 방향은 도 4 내지 도 7에 도시되는 방향이 최적이다. 이 방향은 예를 들면 도 5를 이용하여 설명하면, 도시하는 바와 같이 기지국을 횡방향으로 홀수행, 짝수행으로 분할하고, 도 5의 타임 슬롯 B에서는 홀수행 기지국에서는 각각 상하 관계가 서로 다르게 되도록 섹터 방향을 배치하고, 짝수행에서는 전체 기지국이 동일한 방향을 향하게 한다. 한편, 도 6에 도시한 타임 슬롯 C에서는 이번에는 홀수행의 기지국은 모두 동일한 방향을 지향하고, 짝수행의 기지국은 상호 상하 관계가 서로 다르게 되도록 하는 방향으로 한다.

도 8에, 본 발명에 따른 30도 섹터 안테나, 타임 슬롯 A, B, C, D를 이용한 HDR 하향 회선 가산시의 서비스 커버리지(614.4kbit/s)의 설명도를 도시한다. 도 8은 비트 레이트 614.4kbit/s, 3섹터 기지국, 타임 슬롯 A, B, C, D의 4개의 타임 슬롯에서 주사된 커버리지를 가산한 결과를 도시한다. 도 1에 도시한 90도 고정형 3섹터 안테나를 이용한 경우에 비교하여 거의 전체 지역에서 614.4 kbit/s의 통신이 가능하게 되는 것을 알 수 있다.

또한, 도 9에 본 발명에 따른 30도 섹터 안테나, 타임 슬롯 A, B, C, D를 이용한 HDR 하향 회선 가산시의 서비스 커버리지(1228.8 kbit/s)의 설명도를 도시한다. 도 9는 동일한 방법으로 계산된 1228.8kbit/s에서의 커버리지를 도시한다. 동일한 비트 레이트에서 계산된 도 3의 결과와 비교하여 명백하게 커버리지가 확대되어 있는 것을 이해할 수 있다.

다음으로, 제2 실시예를 사각 배치된 기지국에 적용하는 경우를 설명한다. 도 10 내지 도 13은 본 발명에 따른 90도 섹터 안테나, 타임 슬롯 A, B, C, D를 이용한 HDR 하향 회선에서의 서비스 커버리지의 설명도를 각각 도시한다. 상기 도면은 반치각 90도, 8섹터 안테나 중 3섹터를 사용, 비트 레이트 614.4 kbit/s로 한 것이다. 도 2에서 기지국을 4각 배치하는 경우는 섹터는 4섹터 구성으로 한 것이 최적인 예를 도시하고 있지만, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같은 각 기지국간의 섹터 방향 관계대로, 어떻게 섹터를 회전시켜도 예를 들면 BS1과 BS2의 중간 영역이 접하는 영역(13-3)을 서비스 영역으로서 커버할 수 없다. 이것은 BS1의 빔(13-1)과 BS2의 빔(13-2)이 서로 대각선상에서 서로 간섭하고 있기 때문이고, 이 대각선상에서의 간섭은 4섹터형 안테나를 어떻게 회전시키더라도 피할 수 없다.

도 10 내지 도 13에 도시한 실시예에서는 이 문제를 해결하기 위해, 각 기지국은 8방향으로 섹터를 구성할 수 있는 90도 빔형의 안테나를 구비하고 있지만, 각각의 타임 슬롯에서는 도시한 바와 같이 그 중의 3 빔밖에 사용하지 않는다. 일예로서, 3개 빔 중, 2개 빔은 서로 직교하는 방향, 다른 1개 빔은 이들 2개 빔으로부터 135도 방향이 된다.

도 14에 본 발명에 따른 90도 섹터 안테나, 타임 슬롯 A, B, C, D를 이용한 HDR 하향 회선 가산시의 서비스 커버리지(614.4kbit/s)의 설명도를 도시한다. 이 도면은 이들 각 타임 슬롯에서의 빔을 전체 가산한 상태를 도시하지만, 도시된 바와 같이 614.4kbit/s의 레이트에서 거의 전체 지역을 서비스 영역으로 하는 것이 가능하다.

사각 배치에서의 빔 방향은, 도 4 내지 도 7에 도시한 3각 배치의 경우와 달리, 전체 타임 슬롯에서, 각 기지국의 빔 방향은 동일 방향이 최적이 된다. 다만, 각 타임 슬롯에서 발사되는 3개 빔 중, 2개 빔은 상호 직교하는 방향이 되지만, 나머지 1개 빔은 다른 2개 빔과는 135도 변위된 방향으로 빔을 발사할 필요가 있다. 이것에 의해, 각 타임 슬롯에서 대각선상으로 향한 빔 발사를 항상 4각형에서 하나의 기지국으로 한정하여, 대각선상에서의 간섭 발생을 방지할 수 있다.

다음으로, 본 발명을 실현하는 구체적 구성에 관해 설명한다.

도 15는 본 발명을 실시하는 기지국의 제1 실시예의 구성도를 도시한다. 이 기지국은 안테나 모듈(19-1), 듀플렉서(DIP, 19-2), 수신측 고주파 회로(RX, 19-3), 상향 회선용 고정 빔 형성 회로(UL FBF, 19-4), 복조기(DEM, 19-5), 복호기(19-6), 액세스 회선 인터페이스(LIF, 19-7), 액세스 회선 인터페이스(LIF, 19-8), 부호기(COD, 19-9), 변조기(MOD, 19-10), 하향 회선 고정 빔 형성 회로(DL FBF, 19-11), 송신측 고주파 회로(TX, 19-12), 가중 제어기(WC, 19-13), 클럭 신호 발생 회로(CLK, 19-14), 전지구 측위 시스템(GPS(Global Positioning System), 19-15)를 포함한다.

우선, 상향 회선에 대해 설명한다. 안테나 모듈(19-1)은 예를 들면 8빔 또는 12개 빔 등의 지향성이 예리한 빔 패턴을 형성하는 것이 가능한 안테나 어레이에 의해 구성된다. 듀플렉서(DUP, 19-2)는 송신 신호와 수신 신호의 분리를 행하는 것으로, 통상 이동 통신 시스템에서는 각각의 신호를 선택하는 대역 선택형 필터로 구성된다. 수신측 고주파 회로(RX, 19-3)는 각각의 어레이를 구성하고 있는 안테나 엘리먼트로부터의 신호를 증폭, 고주파 변환등을 행하여 소정의 감도를 실현한다. 이 RX(19-3)의 출력 신호는 상향 회선용 고정 빔 형성 회로(UL FBF, 19-4)에 인가된다. UL FBF(19-4)는 각 안테나 엘리먼트로부터 수신된 신호를 벡터적으로 합성하여 예를 들면 둘레 방향에 대해 8빔 또는 12개 빔의 방사 패턴(빔 패턴)을 갖는 안테나 지향성을 실현한다.

도 16은 UL FBF(19-4)의 상세 구성을 도시한다. 도면에서 신호 Ant#1-Ant#n은 도 15의 RX(19-3)로부터 출력된 각 안테나 모듈의 출력 신호를 증폭한 것이다.이들 신호는 각각 승산기(23-11, 23-1n, 23-n1, 23-nn)에 의해 적절한 가중이 부가되어, 가산기(23-21, 23-2n)에서 합성 가산되고, 각각 좁은 개구각 빔 신호 Beam#1-Beam#n으로 변환된다. 각 승산기에 인가되는 가중 계수 W₁₁-W_nn은 진폭, 위상을 동시에 변화시키므로, 일반적으로 벡터 계수를 이용한다. 도 16 아래쪽에 도시한 연산식은 이 UL FBF(19-4)에서 행해지는 신호 처리를 매트릭스 연산식의 형태로 도시한 것이다. 가중 계수 W₁₁-W_nn은 적절한 개구각을 갖는 빔을 형성해야 하는 시뮬레이션 등의 방법에 의해 용이하게 설정하는 것이 가능하다.

UL FBF(19-4)에서 합성된 각 지향성 수신 신호는 각각 복조기(DEM, 19-5)에 입력된다. 도 17은 DEM(19-5)의 상세 구성을 도시한 것이다. DEM(19-5)에서는 UL FBF(19-4)로부터 출력되는 각 빔 신호 Beam#1-Beam#n은 각각 역확산 회로 등의 채널 분리 회로(DES, 24-1 내지 24-n)를 통해 원하는 단말로부터의 신호를 분리하고, 후속하는 스위치(24-2)를 이용하여 적절한 빔을 선택한다. 선택된 빔의 신호는 예를 들면 레이크 수신기(RAKE, 24-3)에 의해 멀티 패스분이 가산되어, 복조기(DET, 24-4)에 의해 베이스밴드 디지털 신호로 복조된다. 스위치(24-2)에서 선택되어야 할 신호는 비교기(Comp, 24-5)에서 결정된다. 이 결정 방법은 예를 들면 수신해야할 신호를 선택하는데는, 수신된 신호의 신호 대 간섭 잡음비가 최대가 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 따라서, 스위치(24-2)는 예를 들면 전체 빔으로 수신된 멀티 패스 신호 중에서 진폭이 큰 신호로부터 순서대로 선택하도록 동작한다. 이 스위치(24-2)의 동작은 상향 빔 선택 신호 UL Beam Select에 의해 제어된다. 한편, 하향 회선으로 선택해야 할 빔은 하향 빔 선택 신호 DL Beam Select에 의해 결정된다. 하향 회선에서는 단말이 물리적으로 존재하는 방향으로 빔을 지향하는 것이 바람직하다. 어느 방향으로 단말이 존재하는지는 예를 들면 수신되는 신호의 진폭이 최대가 되도록 하는 빔 방향을 식별함으로써 알 수 있다. 이 식별에 의해 선택된 빔 방향 정보를 DL Beam Select 신호로서 송신측 가중 제어 회로 WC(19-13)에 전달한다. 또한, 이 DEM(19-5)으로부터 출력된 신호는 다음 단의 복호기(DEC, 19-6)에 의해 오류 정정 복호된 후, 액세스 회선 인터페이스(LIF, 19-7)를 통해 유선 통신망에 접속된다.

하향 회선에서는, 액세스 회선 인터페이스(LIF, 19-8)로부터 입력된 신호는 부호기(COD, 19-9)에서 오류 정정 부호화되어, 변조기(MOD, 19-10)에서 소정 변조 방식에 의해 변조된다. 이 신호는 하향 회선 고정 빔 형성 회로(DL FBF, 19-11)에 의해 전파를 발사해야 할 방향으로의 지향성을 갖는 빔 패턴으로 벡터 합성되어, 각각의 안테나 엘리먼트에 접속되어 있는 송신측 고주파 회로(TX, 19-12)에 인가되고, 증폭, 고주파 변환 등의 처리를 행하여, DUP(19-2)를 통해 안테나 모듈(19-1)에 입력된다. 하향 회선에서, 어느 방향으로 지향성을 갖게 할지는 상향 회선 신호를 수신하는 경우에 DEM(19-5)에서 동일하게 정해진 수신 방향을 기초로 한 송신 빔 방향 정보인 DL Beam Select를 가중 제어부(WC, 19-13)를 통해 송신측 빔 형성 회로(19-11)에 입력함으로써 결정된다.

도 18은 가중 제어 회로(WC, 19-13)의 상세 구성을 도시한다. 이 회로에는 DL Beam Select 신호 외에, 하향 회선에서의 빔의 방향과 사용해야할 타임 슬롯과의 관계를 규정하는 빔·타임 슬롯 테이블(Beam-Time Slot Table) 정보(도 15에서는 신호(19-18)로써 도시됨)가 인가된다. 빔·타임 슬롯 테이블 정보는 후술하는 상위국, 제어국 등으로부터 부여된다. 그 대신에, 하향 빔 방향에 대응하여 사용하는 타임 슬롯을 기억한 빔·타임 슬롯 테이블을 기억한 기억 수단을 자기 기지국, 다른 기지국, 제어국 등에 구비하여, 그곳으로부터 정보가 부여되도록 해도 좋다. 하향 회선에서의 빔 방향을 정하는 가중 계수 W₁-W_n은 DL Beam Select 정보에 기초하여 미리 정해진 계수 벡터를 선택한다. 이 가중 계수 W₁-W_n에 의해 각 기지국의 안테나 모듈(19-1)의 빔 패턴, 섹터 수, 빔 방향, 빔 각도 등을 상술한 각 도면과 같이 공간적으로 제어할 수 있고, 또한 필요에 따라 시간적으로 제어할 수 있다. 한편, WC(19-13)에서는, 그 선택된 방향으로 하향 신호를 발사해야 할 타임 슬롯을 MOD(19-10)에 부여할 필요가 있다. WC(19-13)는 이 타임 슬롯 정보를 DL Beam Select 정보를 기초로 하여 빔·타임 슬롯 테이블을 참조함으로써 타임 슬롯 할당(Time Slot Assign) 신호(도 15에서는 신호(19-10)로써 도시됨)로서 구하여, MOD(19-10)에 부여한다.

도 19는 MOD(19-10)의 상세 구성을 도시한 것이다. 송신측 부호기(19-9)로부터 송출된 송신 신호는 MOD(26-1)에 의해 진폭 위상 변조되지만, 그 출력은 일단 메모리(26-2)에 축적된다. 이 메모리에 축적된 신호는 가중 제어 회로(WC, 19-13)로부터 부여되는 타임 슬롯 할당 신호(19-19)에 의해, 송출되는 타이밍을 결정한다. 타임 슬롯의 절대 시간으로의 동기는 동기 신호 발생 회로 CLK로부터 부여되는 Timing CLK(19-14)를 참조하여 행해진다.

도 20은 하향 송신측 빔 형성 회로 DL FBF(19-11)의 상세 구성을 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 가중 제어 회로 WC(19-13)로부터 부여되는 벡터 계수 W₁-W_n에 의해 가중 부가되어, 각 안테나에 공급된다.

MOD(19-10)에 인가되는 Timing CLK 신호는 클럭 신호 발생 회로(CLK, 19-14)에 의해 생성되지만, 이 때의 발생 타이밍은 GPS 수신기(19-15)에 의해 GPS 위성으로부터 발신된 시각 신호를 참조하여 절대 시각에 동기된다. 따라서, 전체 기지국에서 상호 동기한 정확한 시각 정보의 취득이 가능하고, 이 시각 정보를 이용하여 예를 들면 도 4 내지 도 7에 도시한 타임 슬롯 A, B, C, D를, 전체 기지국이 동기한 형태로 결정하는 것이 가능하다. 이 타임 슬롯 정보를 이용하여 전체 기지국에서 안테나의 지향 특성을 동기시켜 변경시키는 것이 가능하게 된다.

또한, GPS 수신기(19-15) 또는 GPS용 안테나(19-16), 또는 GPS 시스템 자체에 장해가 발생하여, 정확한 절대 시각 정보를 수신하기 곤란하게 된 경우에는, GPS 수신기(19-15)에 내장되는, 높은 안정성의 자발 클럭 발생 회로에 의해 장해 회복까지의 기간 잠정 클럭 신호를 발생시키든지, 또는 CLK(19-14)에 신호(19-17)를 개입하여 유선망에 의해 클럭 신호를 공급하여 절대 시각 위상을 유지시킬 수 있다. 또한, GPS 시스템을 이용하지 않고, 신호(19-17)에 의한 주기를 주로 이용하는 것도 가능하다.

도 21은 본 발명을 실시하는 경우의 하향 빔 제어의 플로우 차트를 도시한다. 도시한 바와 같이, 아직 빔이 형성되어 있지 않은 당초에는, 단말이 어디에 존재하고 있는지 여부가 불명료하므로, 기지국의 수신측은, 안테나 패턴을 무지향성으로 하여 단말로부터의 발신을 대기 수신한다(S101). 단말이 적절한 신호를 이용하여 발신을 시작하면, 기지국의 수신측은 안테나 모듈(19-1), DUP(19-2), RX(19-3)에 의해 단말로부터의 발신을 수신한다(S103). 여기에서, 곧 UL FBF(19-4)를 이용하여 안테나 지향성 패턴을 좁은 개구각 빔으로 전환한다(S105). WC(19-13)는, 이 경우, 빔 타임 슬롯 테이블(Beam Time Slot Table)에 의해 각 기지국의 안테나 모듈(19-1)의 섹터 수, 빔 방향, 빔 각도 등을 상술한 각 도면과 같이 공간적, 또는 시간적으로 적절한 빔 패턴으로 설정한다. 각 방향 빔으로 수신할 수 있는 신호 강도를 비교하여, 어느 방향에 수신 중 단말이 존재하는지를 검지한다(S107). 이 검지 정보를 이용하여 가중 회로 WC(19-13)에서 하향 빔을 내야 할 방향을 정한다(S109). 한편, 집중 장치, 제어국 등에서는 기지국 설정 장소와 지향성 빔 방향 데이터가 입력되고(S111), 각 기지국에서의 송신 빔 방향과 사용 타임 슬롯의 관계를 도시한 빔·타임 슬롯 테이블이 작성된다(S113). 그 후, WC(19-13)는 하향 빔을 내야 할 타임 슬롯을, 미리 제작된 송신 빔 방향과 사용 타임 슬롯의 관계를 정한 빔·타임 슬롯 테이블을 참조하여 결정하고(S115), MOD(19-10)에 통지하여 적절한 하향 신호를 형성한다(S117).

또한, 이 빔·타임 슬롯 테이블은, 기지국 설치 장소를 결정하는 설계 단계에서, 미리 지도 등을 이용하여, 시스템 설계자가 수동으로 제작할 수 있다. 제작된 하향 빔 방향과 타임 슬롯의 관계를 정한 테이블은 디지털 데이터화되어, 시스템의 집중 장치에 접속되는 시스템 관리 장치에 수용된다. 또한, 이 빔·타임 슬롯 테이블은 각 기지국의 내부에 저장되거나, 또는 예를 들면 다중 교환기 등의 집중 장치내에 저장되어, 필요에 따라 참조할 수 있도록 구성되어도 좋다. 각 기지국 고유의 테이블은 필요에 따라, 각 기지국에 다운로드된다. 또한, 테이블이 중앙 장치에 설치되어 있는 경우는 필요에 따라 기지국내의 메모리에 테이블 정보를 다운로드하는 것도 가능하다. 또한, 기지국 설치 후에 새롭게 기지국을 추가하는 등의 기지국 배치의 추가 변경이 있는 경우에는, 후술하는 자기 학습 기능에 의해 테이블의 자동 수정 또는 신규 작성이 가능하다. 또한, 이 빔·타임 슬롯 테이블은 각 기지국에서의 빔 방사 방향과 그 방향으로 방사하는 경우에 사용하는 타임 슬롯의 관계를 도시한 것으로, 도 18에 도시한 가중 제어 회로 WC(19-3)에서, 하향 전파를 발사해야 할 방향 정보를 입력한 경우에, 이 빔·타임 슬롯 테이블을 참조하여 전파를 발사해야 할 타임 슬롯을 결정하여 도 19의 메모리(26-2)에 타이밍을 전달함으로써, 적절한 시각에서의 전파 발사를 가능하게 한다.

도 27은 상기 구성을 구체적으로 실시하는 시스템 예를 회로 블록도로 도시한다. 상기 시스템은 복수 기지국과, 그들 상위국을 구성하는 제어국과 그 상위의 백본 네트워크(NW)를 포함한다.

도 27에서, 참조 번호 19-20₁, ..., 19-20_n은 각각 도 15에 도시한 기지국의 전체 구성을 나타내고, 각 기지국은 안테나 모듈(19-1₁~19-1_n), 액세스 회로 인터페이스(LIF, 19-7), 가중 제어기(WC, 19-13), 액세스 회로 인터페이스(LIF, 19-8)를포함한다.

참조 번호 27-1은 복수의 기지국마다 설치되고, 그들을 제어하는 상위국, 즉 제어국을 나타낸다. 각 상위국은 상향 회선(UL) 중계 회로(27-2), 각 기지국에 통지해야 할 빔·타임 슬롯의 테이블을 생성하는 회로(27-3) 및 하향 회선(DL) 중계 회로를 포함한다. 참조 번호 27-7은 백본 네트워크(NW)를 나타낸다. 상기 UL 중계 회로(27-2)는 복수의 기지국으로부터 송출되는 상향 회선 신호를 집선하여 백본(NW)에 접속시키고, 또한 상기 DL 중계 회로(27-4)는 하향 회선을 목적의 단말이 접속되어 있는 기지국에 분배한다.

참조 번호 27-5는 상향 회선(UL) 트래픽 정보 전달 신호를 나타낸다. 도 27의 회로 구성에서, 각 기지국에서 집계되고, 상향 회선으로 기지국으로부터 상위국의 UL 중계 회로(27-2)에 통지되는 트래픽 통계 정보는 그곳으로부터 빔·타임 슬롯 테이블 작성 회로(27-3)에 통지된다. 이 트래픽 통계 정보는 각 기지국에서 예를 들면 도 17에 도시된 DL Beam Select 정보를 시간적으로 축적하여, 각 빔 방향마다의 트래픽양을 측정함으로써 얻어진다. 이 트래픽 통계 정보는 상향 회선 신호에 다중화되어 상위국(27-1)에 통지된다.

도 28은 상기 실시예에 이용되는 빔·타임 슬롯 테이블의 예를 도시한다. 도 28은 도 4 내지 도 7에 도시한 30도 섹터 안테나를 이용한 기지국 BS1, BS2를 구동하기 위한 빔·타임 슬롯 테이블의 예를 도시하고 있다. 이 도면은 타임 슬롯 A, B, C, D 경우의 각 안테나의 지향 특성을 각도 표시한 것이다. 이 각 타임 슬롯은 각각 도 4 내지 도 7의 상태에 대응한다. 빔·타임 슬롯 작성 회로(27-3)는도 28에 도시한 테이블 정보를 각 기지국에 통지 또는 지시한다.

하나의 실시예로서, 이러한 빔·타임 슬롯 테이블은 기지국을 설치하는 경우에 지리적 정보로부터 미리 설정하여 고정적으로 사용한다. 다른 실시예로서는, 각 안테나 방향 마다의 트래픽을 장기적으로 관측하여, 각 기지국에서의 전파 발사 방향 마다의 트래픽 편재를 측정하고, 트래픽 요구가 높은 방향에 대해서는 다른 트래픽 요구가 낮은 방향과 비교하여 빔을 지향하는 시간적 빈도를 상승시키는 가중을 두는 것도 가능하다.

각 슬롯마다의 트래픽 측정은 예를 들면 도 17에 도시한 DL Beam Select 정보를 장시간 누적하여 방향마다의 트래픽 편재 상황을 파악하는 것이 가능하다.

트래픽이 높은 방향으로의 빔 조사 시간율을 상승시키기 위해서는, 예를 들면 도 28에서는 4타임 슬롯 사용예를 도시했지만, 이 타임 슬롯수를 증가시켜 트래픽이 높은 방향으로는 복수의 타임 슬롯이 사용되도록 해도 좋다.

도 29는 높은 트래픽 방향으로의 빔 조사 빈도를 상승시킨 빔·타임 슬롯 테이블의 예이다. 예를 들면, 도 4에서 참조번호 7-4로 도시한 영역에서 높은 트래픽이 발생한다고 가정하자. 이 영역에 대해서는 BS1 및 BS2로부터 도 4와 도 7에 도시한 타임 슬롯에서 빔이 조사되고 있다. 그래서, 도 29에 도시한 바와 같이, 타임 슬롯 E, F를 추가하고, 이 추가한 양으로 타임 슬롯 A 및 D와 동일한 빔 조사 패턴을 발생시키면, 총계적으로 높은 트래픽 영역으로의 빔 조사 빈도가 향상한다.

다른 방향에서의 트래픽이 상승한 경우에는, 이 테이블에서의 빔 패턴 선택을 변경하면 좋지만, 이 변경 빈도로서는 순간 트래픽 상승에 견딜 수 있도록 고속으로 하는 경우와, 장기적으로 관측 결과를 이용하여 변경 빈도를 저하시키는 경우의 2 종류를 생각할 수 있다. 이 변경 시정수의 선택은 실제의 트래픽 변동 특성을 관측하여 결정하면 좋다.

도 22는 본 발명을 실시하는 기지국의 제2 실시예의 구성을 블럭도로 도시한다. 이 예에서는, 제1 실시예에서 도시한 고정 빔 형성 회로(19-4, 19-11) 대신에, 상향 회선측에서는 단순한 스루(through) 회로로 하고, 하향 회선측은 안테나 선택 스위치(20-1)를 이용하고 있다. 이 선택 스위치(20-1)는 가중 제어부(19-13)에 의해 선택되어, 원하는 단말이 존재하는 방향으로 지향한 안테나를 선택하는 것이 가능하게 된다. 본래 빔 형성 회로(19-4, 19-11)는 예를 들면 상향 회선으로 설명하면, 어레이 형상으로 배치된 각 안테나 엘리먼트의 출력 신호를 위상, 진폭을 제어하면서 벡터 합성함으로써, 임의의 개구 반치각을 갖는 안테나 패턴을 형성하는 것이다. 그러나, 안테나 엘리먼트 자신이, 본 발명의 목적을 만족시키는 개구 반치각 특성을 가지고 있는 경우에는, 굳이 빔 형성 회로에서 벡터 합성을 행하지 않더라도 좋고, 원하는 특성을 실현할 수 있기 때문이다.

이상 실시예의 설명은 각 기지국이 정확하게 삼각형, 또는 사각형의 정점에 배치되어 있는 것을 전제로 하고, 또한 각각의 타임 슬롯에서 어느 방향으로 전파를 발사해야 할 지는 미리 설정되어 있는 것을 조건으로 하고 있다. 그런데, 실제 기지국 배치에서는 정확한 삼각형, 또는 사각형의 정점에 배치하는 것은 곤란한 경우가 많고, 더구나 기지국을 추가 배치하는 경우에는 미리 설정했던, 타임 슬롯과 전파 발사 방향과의 관계를 변경할 필요가 생길 가능성이 있다. 이와 같은 경우를상정하여, 이하에 기지국이 자기 학습하면서 최적의 전파 발사 방향을 정하는 방법을 수정예로서 설명한다.

예를 들면 도 15에 도시되는 실시예에서, 상기 자기 학습 기능을 실현하는 방법을 설명한다. 도시되는 바와 같이, 기지국의 상향 회선에서는, DEM(19-5)을 이용하여 임의의 단말의 수신 조건이 가장 양호하게 되는 수신 빔을 선택하고, 즉 어느 방향으로 당해 단말이 존재하는 지를 인식한다. 다음으로, 당해 단말로부터 그 단말이 존재하는 장소에서의 하향 회선의 수신 상태를 단말에 보고한다. 즉, 당해 단말이 각 기지국으로부터 송신되는 파일롯 신호를 수신하여, 자신이 어느 기지국으로부터 수신되는 신호를 가장 조건이 양호하게 수신할 수 있는지를 보고한다. 가령, 현재 고려하고 있는 기지국에서는, 타임 슬롯과 전파 발사 방향의 관계는 아직 결정되어 있지 않지만, 주변 기지국에서는 이미 결정되어 있는 것으로 한다. 이 경우, 주변 기지국에서는 이미 타임 슬롯마다 각각의 다른 방향으로 전파를 발사하고 있으므로, 현재 하향 회선의 품질을 측정하고 있는 단말에서 보면, 다른 기지국의 전파를 강하게 수신할 수 있는 타임 슬롯과 그다지 강하지 않게 수신하는 타임 슬롯을 구별하여 인식하는 것이 가능하다. 따라서, 단말로부터는 현재 자신이 존재하고 있는 장소에서는 어느 타임 슬롯이 강한 인접 기지국으로부터의 간섭을 받기 쉬운지 인식할 수 있을 뿐이고, 역으로 비교적 간섭이 적은 슬롯이 어느 것인지를 기지국에 보고하는 것이 가능하게 된다.

이 각 타임 슬롯에서의 간섭 전파 강도의 측정은, 인접 기지국의 트래픽 상태에 따라 변화할 가능성이 있다. 따라서, 현재 자기 학습중인 기지국에서는 각단말로부터의 보고를 일정 기간 관측하여 통계 정보를 얻음으로써, 그 단말이 존재하는 방향에 대해서는 어느 타임 슬롯을 이용하여 전파 발사하는 것이 가장 다른 기지국과의 간섭이 적게 되는지를 추정하는 것이 가능하게 된다. 이 추정 결과에 의해 중앙 장치, 또는 기지국에 저장된 빔 방향과 타임 슬롯의 관계를 정한 테이블을 수정하는 것은 당연하다. 또한, 다른 기지국의 전파 간섭의 측정은 전파 강도 그 자체, 또는 실제로 데이터를 이용한 통신에서 에러가 어느 정도의 빈도로 발생하는지 등의 관측에 의해 실현 가능하다.

본 발명에 따르면, 이상과 같이, 특히 HDR 시스템에서 셀 또는 섹터의 경계 영역에서, 각 기지국으로부터 발사되는 전파가 상호 서로 간섭하여 충분하게 높은 비트 레이트에서의 통신이 곤란하게 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 섹터 빔의 방향이 지향되지 않는 영역이 적게 되거나, 한층 넓은 영역에서 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 복수의 섹터 빔이 서로 간섭하여 서비스 불가능 영역이 깊이 패인 모양이 되는 것을 가능한 한 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 예를 들면, HDR 하향 회선에서 각 기지국으로부터 동일 시각에 발사되는 전파의 방향을, 상호 가장 간섭이 발생하기 어려운 방향으로 하고, 단말이 서비스 영역의 어느 곳에 존재하더라도 항상 간섭 방해가 적고, 양호한 전파 신호를 수신할 수 있다. 이것에 의해, 본 발명에 따르면, 전파 간섭이 적은 경우에는 높은 비트 레이트의 통신이 가능하다고 하는 HDR의 특징의 하나를 최대로 발휘하는 것이 가능하다.

Claims

복수의 안테나 엘리먼트를 구비하는 각 기지국에서의 무선 단말과 무선 통신하는 방법에 있어서,

각 안테나 엘리먼트에 의한 수신 신호 및 송신 신호를 합성하여 소정 빔 패턴의 안테나 지향성을 실현할 수 있는 안테나를 통해 무선 단말로부터의 신호를 수신하는 단계;

상기 각 안테나 엘리먼트로부터의 신호를 소정 빔 패턴의 안테나 지향성으로 합성하는 단계;

상기 합성된 각 지향성 수신 신호에 기초하여, 상기 무선 단말로부터의 수신 신호를 선택하고, 선택된 방향으로 빔을 향하도록 하기 위한 송신 빔 방향 정보를 결정하는 단계;

상기 결정된 송신 빔 방향 정보와, 상기 송신 빔 방향과, 그 방향으로 방사하는 경우에 사용하는 타임 슬롯과의 관계를 기억한 테이블에 기초하여 송신 빔 타임 슬롯을 구하는 단계; 및

상기 구해진 송신 빔 타임 슬롯을 이용하여 상기 안테나를 제어하여 하향 신호를 송신하는 단계

를 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

복수의 기지국이 삼각 배치되고, 상기 각 기지국의 안테나의 빔 패턴은 섹터 빔을 3섹터형으로 한 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

복수의 기지국이 사각 배치되고, 상기 각 기지국의 안테나의 빔 패턴은 섹터 빔을 4섹터형으로 하고, 인접한 기지국끼리의 빔 방향이 서로 45도가 되는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

소정 각도로 빔을 방사하는 안테나를 복수 구비한 상기 기지국에서, 안테나 방사 각도를 소정 각도씩 시간적으로 변위시켜 복수회 방사하는 것에 의해, 상기 기지국 주변을 주사하도록 방사 방향을 회전시키는 무선 통신 방법.
제2항에 있어서,

제1 빔 패턴에서는, 홀수행 기지국에서는 각각의 빔 패턴이 서로 다르게 되도록 섹터 방향을 배치하고, 짝수행 기지국에서는 전체 빔 패턴이 동일하게 되도록 섹터 방향을 배치하도록 안테나를 제어하며,

제2 빔 패턴에서는, 홀수행 기지국에서는 전체 빔 패턴이 동일하게 되도록 섹터 방향을 배치하고, 짝수행 기지국에서는 각각의 빔 패턴이 서로 다르게 되도록 섹터 방향을 배치하도록 안테나를 제어하며,

각 기지국의 빔 패턴을 제1 및 제2 타임 슬롯에서 상기 제1 및 제2 빔 패턴을 교대로 전환하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

안테나 패턴을 무지향성으로 하여 상기 무선 단말로부터의 신호를 수신하는 단계; 및

수신 중인 상기 무선 단말의 방향을 검출하여, 그 검출 방향에 기초하여 하향 회선의 빔 방향을 정하는 단계를 더 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서, 동기 클럭을 GPS 시스템에 의해 공급하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서,

상기 결정된 송신 빔 방향 정보에 기초하여 빔 패턴과 송신 빔 방향을 정하는 가중 계수를 구하는 단계; 및

상기 구해진 빔 패턴, 빔 방향 및 송신 빔 타임 슬롯을 이용하여 안테나를 제어하여 하향 신호를 송신하는 단계

를 더 포함하는 무선 통신 방법.
무선 단말과 기지국간의 무선 통신 방법에 있어서,

복수의 기지국을 사각 배치하고,

상기 각 기지국의 안테나는, 복수의 안테나 엘리먼트를 구비하며, 상기 각 안테나 엘리먼트에 의한 수신 신호 및 송신 신호를 합성하여 소정 빔 패턴의 안테나 지향성을 실현할 수 있는 것으로서, 각 기지국의 상기 안테나 빔 패턴을, 인접 기지국끼리는 상호 45도 또는 약 45도씩 빔 방향을 변위시킨 방향으로 설치하고,

상기 안테나를 통해 무선 단말로부터의 신호를 수신하며,

상기 각 안테나 엘리먼트로부터의 신호를 소정 빔 패턴의 안테나 지향성으로 합성하고,

상기 합성된 각 지향성의 수신 신호에 기초하여 무선 단말로부터 신호를 수신하며,

소정 빔 패턴으로 안테나 지향성을 제어하여 하향 신호를 송신하는 것을 포함하는 무선 단말과 기지국간의 무선 통신 방법.
기지국과 단말간의 무선 통신 방법에 있어서,

복수의 기지국을 삼각 배치하고,

상기 각 기지국의 안테나는, 복수의 안테나 엘리먼트를 구비하며, 상기 각 안테나 엘리먼트에 의한 수신 신호 및 송신 신호를 합성하여 소정 빔 패턴의 안테나 지향성을 실현시키고, 상기 각 기지국의 상기 안테나 빔 패턴을 동일 방향으로 동적 또는 정적으로 설치하는 것을 포함하는 기지국과 단말간의 무선 통신 방법.
기지국과 단말간의 무선 통신 방법에 있어서,

복수의 기지국을 사각 배치하고,

상기 각 기지국의 안테나는, 복수의 안테나 엘리먼트를 구비하며, 각 안테나 엘리먼트에 의한 수신 신호 및 송신 신호를 합성하여 소정 빔 패턴의 안테나 지향성을 실현시키고, 상기 각 기지국의 상기 안테나 빔 패턴을 인접 기지국끼리는 상호 45도 또는 약 45도씩 빔 방향을 변위시킨 방향으로 동적 또는 정적으로 설치하는 것을 포함하는 기지국과 단말간의 무선 통신 방법.
무선 통신 방법에 있어서,

복수의 기지국을, 상호 평면적으로 삼각형의 위치 관계인 삼각 배치하는 단계;

상기 각 기지국의 안테나를 3섹터 안테나로 구성하는 단계; 및

각 안테나 엘리먼트에 의한 수신 신호 및 송신 신호를 합성하는 단계

를 포함하는 무선 통신 방법.
무선 통신 방법에 있어서,

복수의 기지국을, 상호 평면적으로 사각형의 위치 관계인 사각 배치하는 단계;

상기 각 기지국의 안테나를 4섹터 안테나로 구성하는 단계; 및

각 안테나 엘리먼트에 의한 수신 신호 및 송신 신호를 합성하는 단계

를 포함하는 무선 통신 방법.
무선 통신 방법에 있어서,

복수의 기지국을 상호 평면적으로 사각형의 위치 관계인 사각 배치하는 단계;

상기 각 기지국의 안테나를 8섹터 안테나로 구성하는 단계; 및

각 타임 슬롯에서, 3개의 지향성을 갖는 패턴 중 2개의 지향성은 서로 직교하는 방향, 다른 1개의 지향성은 이들 지향성으로부터 135도의 방향이 되도록 안테나 지향성을 지정하는 단계

를 포함하는 무선 통신 방법.
제1항에 있어서, 상기 기지국의 상기 테이블에 기초하여 기지국간 동기를 수행하는 것을 포함하는 무선 통신 방법.
복수의 기지국과 무선 단말간에서 무선 통신하는 무선 통신 시스템에 있어서,

상기 각 기지국은,

복수의 안테나 엘리먼트를 구비하고, 상기 각 안테나 엘리먼트에 의한 수신 신호 및 송신 신호를 합성하여 소정 빔 패턴의 안테나 지향성을 실현할 수 있는 안테나;

상기 안테나를 통해 무선 단말로부터의 신호를 수신하는 회로;

상기 각 안테나 엘리먼트로부터의 신호를 소정 빔 패턴의 안테나 지향성으로 합성하는 회로;

상기 합성된 각 지향성의 수신 신호에 기초하여, 상기 무선 단말로부터의 수신 신호를 선택하고, 선택된 방향으로 빔을 향하게 하기 위한 송신 빔 방향 정보를 결정하는 회로;

상기 결정 회로로부터의 송신 빔 방향 정보와, 송신 빔 방향과 그 방향으로 방사하는 경우에 사용하는 빔 타임 슬롯과의 관계를 나타내는 정보의 테이블에 기초하여, 송신 빔 타임 슬롯을 생성하는 회로; 및

상기 생성된 송신 빔 타임 슬롯을 이용하여 상기 안테나를 제어하여 하향 신호를 송신하는 회로

를 포함하는 무선 통신 시스템.
제16항에 있어서, 상기 기지국은 상기 테이블에 기초하여 기지국간 동기를 수행하는 회로를 더 포함하는 무선 통신 시스템.
제16항에 있어서, 상기 테이블은 설치 장소의 기지국의 속성에 따라 생성되고, 상기 기지국에 변경 가능하게 유지되는 무선 통신 시스템.
제18항에 있어서,

상기 기지국은 상기 테이블의 내용을 상기 기지국의 상위국으로부터 공급을받는 회로를 포함하는 무선 통신 시스템.