JP2004535724A

JP2004535724A - 無線通信システムのデータ伝送能力を向上させる方法及び装置

Info

Publication number: JP2004535724A
Application number: JP2003513140A
Authority: JP
Inventors: スリダールカナマルル，; ジグモンドタルスキー，; ヘンリーオーウェン，
Original assignee: サーノフコーポレイション
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-11-25
Also published as: EP1407558A1; WO2003007494A1; EP1407558A4

Abstract

無線通信システムのデータ伝送能力を向上させる方法及び装置は、複数のモバイル機器と通信するためのパターンを形成するスマートアンテナアレイ（４０８，４０９）と、無線通信システムの搬送波／干渉（Ｃ／Ｉ）比が高まるように放射パターンを適合的に修正する制御回路（４０９）とを含んでいる。
【選択図】図４

Description

【関連出願】
【０００１】
[0001]本出願は、本文書に参考とすることにより組み込まれる米国仮特許出願第６０／３０５，２４０号（出願日：２００１年７月１３日）の利益を享受する。
【発明の分野】
【０００２】
[0002]本発明は、一般的には、無線通信システムに関し、より詳細には、無線通信システムのデータ伝送能力（ｃａｐａｃｉｔｙ）を向上させる方法及び装置に関する。
【関連技術の説明】
【０００３】
[0003]一般的には、無線通信システムは、搬送周波数、基地局の出力、ユーザーの数、局所的な地形などの制約下において、所定の地理的エリアをより管理しやすい大きさに分割するために、六角形のセルを使用する。この手法は、「セルラー」手法として一般に知られており、セルラー式電話と、周波数帯８００ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ、及び１９００ＭＨｚを使用するパーソナル通信サービス（ＰＣＳ）の用途に適用することができる。更に、セルのそれぞれを、（絶対的ではないが）一般には方位角沿いの１２０度幅であるセクターに細分割することができる。
【０００４】
[0004]各セル内の基地局によって使用される送受信アンテナは、代表的には、セル全体をカバーするために全方向性であるか、又は、セルの個々のセクターをカバーするために１２０度のビーム幅を持つ。現在、各基地局のアンテナの利得とビームの方向は固定されており、動的に変えることができない。従って、基地局のアンテナは、一般には、同じチャネルを占有している他のセルサイトのユーザーからの信号を受信する。この同一チャネル干渉（ｃｏ−ｃｈａｎｎｅｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）によって、搬送波／干渉（Ｃ／Ｉ）比、従ってシステムの能力が低減する。更に、同じ周波数帯における他の意図的又は意図的でない電磁放射によって、信号干渉が発生する。同一チャネル干渉に起因して、無線通信システムは、理論的なデータ伝送能力以下で動作し、狭い周波数スペクトルを最適に使用していないことがしばしばある。
【０００５】
[0005]従って、この分野には、無線通信システムの能力を向上させる方法及び装置のニーズが存在する。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]本発明は、無線通信システムのデータ伝送能力を向上させる方法及び装置である。無線通信システムは、複数のモバイル機器と複数のそれぞれのチャネルを通じて通信する基地局を備えている。複数のチャネルのそれぞれは、特定の識別属性によって周波数帯の中に定義されている。本発明は、ビームを放射パターンに形成するアンテナアレイを備えている。例えば、アンテナアレイは、フェーズドアレイを備えていることができる。本発明は、更に、各モバイル機器がそれぞれのチャネルを通じて通信しているときにビームの方向を各モバイル機器の位置又は入力信号の向きに切り替える制御回路を備えている。１つの実施形態においては、各モバイル機器の位置は、各モバイル機器からの最強の送信信号の方向を各モバイル機器の特定の識別属性を利用して決定する位置検出装置によって決定される。別の実施形態においては、各モバイル機器の位置は、無線通信システムから受信される各モバイル機器の物理的な位置によって決定される。
【０００７】
[0007]本発明の上述した特徴が得られる方法を詳細に理解することができるように、上で簡潔に要約した本発明について、添付されている図面に図示されている本発明の実施形態を参照しながら以下に更に具体的に説明する。
【０００８】
[0008]なお、本発明は、他の同等に有効な実施形態を含むことができるので、添付されている図面は、本発明の代表的な実施形態を示しているにすぎず、従って本発明の制限とみなすべきではない。
【詳細な説明】
【０００９】
[0014]図１は、本発明を採用することのできる無線通信システム１００のセル１０１を表している。図に示すように、セル１０１は、３つのセクター１０２_１、１０２_２、１０２_３に分割されている。基地局１１２は、セクター１０２_１内のモバイル機器に無線通信サービスを提供する。具体的には、モバイル機器１０４_１と１０４_２がセクター１０２_１内に存在し、基地局１１２と通信する。セクター１０２_１内には干渉源１１０も存在し、これは基地局１１２とモバイル機器１０４_１及び１０４_２の間の通信と干渉する。モバイル機器１０８は、隣接するセル（図には示していない）内に存在し、基地局１１２とは通信しない。同様に、モバイル機器１０６はセクター１０２_３内に存在し、これも基地局１１２とは通信しない。モバイル機器１０６と１０８も、基地局１１２とモバイル機器１０４_１及び１０４_２の間の通信と干渉することがある。モバイル機器１０６と１０８からの干渉は、同一チャネル干渉として知られている。干渉源１１０からの干渉に加えて同一チャネル干渉によって、Ｃ／Ｉ比が低減することがあり、その結果、利用可能なチャネルの数、従って無線通信システム１００のデータ伝送能力が減少する。当業者には、セル１０１を任意の数のセクターに分割する、又は分割しない（すなわち基地局１１２がセル全体にサービスを提供する）ままにできることが理解されるであろう。
【００１０】
[0015]基地局１１２における受信信号のＣ／Ｉ比は、使用されるアンテナの利得とモバイル機器の位置（距離及び角度）とに依存する。本発明によると、無線通信システム１００のＣ／Ｉ比は、基地局１１２においてスマートアンテナを採用することによって向上する。後述するように、本発明のスマートアンテナは、無線通信システム１００の既存の基地局（例：基地局１１２）に直接的に使用され、基地局を実質的に変更する必要がない。
【００１１】
[0016]後から詳しく説明するように、各モバイル機器は、特定の識別属性によって周波数帯の中に定義されるチャネルを通じて基地局１１２と通信する。最初に、ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）やＩＳ−１３６システムなど、特定の識別属性がタイムスロットである時分割多元接続（ＴＤＭＡ）式の無線通信システムに関連して、本発明について説明する。その後に、ＩＳ−９５Ａ及びＩＳ−９５Ｂシステム、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）システム、又はＣＤＭＡ２０００(R)システムなど、特定の識別属性が直交符号である符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）式の無線通信システムに関連して、本発明について説明する。
【００１２】
[0017]ＴＤＭＡ無線通信システムに応用される場合の本発明を最適に理解するためには、このようなシステムの動作を理解しておくことが有用である。ＴＤＭＡシステムにおいては、サービスに利用可能な総周波数範囲が、チャネル搬送周波数と帯域幅によって特徴付けられる周波数帯に細分割されている。例えば、ＧＳＭシステムは、アップリンク（すなわちモバイル機器から基地局）用の総帯域幅２５ＭＨｚと、ダウンリンク（すなわち基地局からモバイル機器）用の総帯域幅２５ＭＨｚとを持つ。アップリンクとダウンリンクの総帯域幅のどちらも、それぞれ帯域幅２００ｋＨｚの１２５個の周波数チャネルに分割されている。
【００１３】
[0018]ＴＤＭＡシステムにおける「チャネル」は、特定の周波数帯の中に特定のタイムスロットによって定義される。各モバイル機器には、そのモバイル機器がトラフィックを送信及び受信することが許可される固有のタイムスロットが割り当てられる。「トラフィック」は、本明細書の中で使用される場合、データ信号又は音声信号を意味する。タイムスロットは、モバイル機器がその移動性に起因して完全に同期していない状態に対応するための保護期間（ｇｕａｒｄｐｅｒｉｏｄ）によって隔てることができる。与えられた周波数帯の中にサポートされるタイムスロットの最大数は、フレームとして一つにグループ化されている。例えば、ＧＳＭシステムにおいては、各周波数帯はフルレート通信の場合には８個のタイムスロット、ハーフレート通信の場合には１６個のタイムスロットをサポートする。フルレート通信の場合、フレームあたり８個のタイムスロットがある。各タイムスロットは、次のスロットと３０．４６μｓの保護期間だけ隔てられている。
【００１４】
[0019]図２は、ＴＤＭＡ無線通信システムに使用されている場合の本発明の一実施形態を示しているブロック図を表している。本発明をＧＳＭ無線通信システムに関連して説明するが、当業者には、本発明を任意のＴＤＭＡ無線通信システムにおいて使用できることが理解されるであろう。本発明は、基地局１１２に接続されているスマートアンテナ２０２を備えている。基地局１１２は、基地局制御器（ＢＳＣ）２２２に接続されている。ＢＳＣ２２２は、無線通信システムの移動通信交換局（ＭＳＣ）２２４に接続されている。
【００１５】
[0020]簡潔に述べると、スマートアンテナ２０２は、基地局のサービスエリア（例：セルのセクター）内のモバイル機器にトラフィックを送信するための、及び／又はモバイル機器からのトラフィックを受信するための放射パターンを生成する。基地局１１２は、トラフィックを変調及び復調し、ＢＳＣ２２２の制御下でその他のデータ処理機能を実行する。ＢＳＣ２２２は、基地局１１２を含む複数の基地局の無線資源を管理し、その間のハンドオーバーを容易にする。ＭＳＣ２２４は、代表的には、公衆交換電話網（ＰＴＳＮ）に接続されていて、登録、認証、ＭＳＣ間ハンドオーバーなど、モバイル機器を処理するために必要な機能を提供する。
【００１６】
[0021]より具体的には、基地局１１２は、実例として、無線装置２１４と、周波数ホッピング装置２１６と、ベースバンド処理装置２１８と、ＢＳＣインタフェース２２０とを備えている。無線装置２１４は、搬送装置２１５と、送信器２１７と、受信器２１９とを備えている。無線装置２１４は、周波数ホッピング装置２１６に接続されていて、周波数ホッピング装置２１６は、周知の方法における周波数ホッピングマトリクスを実施している。周波数ホッピング装置２１６は、ベースバンド処理装置２１８に接続されていて、ベースバンド処理装置２１８は、ＴＤＭＡフレームを形成し、送信する信号を符号化及び暗号化し、受信された信号を復号及び暗号解読する。ベースバンド処理装置２１８は、ＢＳＣ２２２に信号を送信するための及びＢＳＣ２２２から信号を受信するためのＢＳＣインタフェース２２０に接続されている。ＢＳＣインタフェース２２０は、例えば、基地局１１２とＢＳＣ２２２の間のマイクロ波リンクを持つことができる。当業者には、基地局１１２は、使用する無線通信システムに応じて追加の及び／又は異なるコンポーネントを備えていることができることが理解されるであろう。
【００１７】
[0022]本発明の一実施形態によると、スマートアンテナ２０２は、フェーズドアレイ２０４と位置検出装置２０６を備えている。フェーズドアレイは、モバイル機器への送信及び／又はモバイル機器からの受信のためにその放射パターン内に狭い高利得ビームを生成することのできる、マルチビーム方式のビーム切り替えアンテナアレイである。簡潔に述べると、フェーズドアレイ２０４は、モバイル機器がそれぞれのチャネルを通じて（すなわちそれぞれのタイムスロットの間に）基地局１１２と通信しているときに、個々のモバイル機器の方向にビームが向くようにその放射パターンを動的に変化させる。フェーズドアレイ２０４は、特定の基地局１１２によって使用されている各周波数帯の送信ビームと受信ビームの両方を生成する。特定の周波数帯に対して、使用される各タイムスロットに対応する１つのモバイル機器から次のモバイル機器にビームが切り替わる。各モバイル機器のＣ／Ｉ比を最大にするために、ビームは各モバイル機器の位置の方向に切り替えられる。この実施形態においては、各モバイル機器の位置は、各モバイル機器からの最強の送信信号の方向として定義され、この方向は位置検出装置２０６によって決定される。
【００１８】
[0023]図３は、フェーズドアレイ２０４の例示的な実施形態を示しているブロック図を表している。図に示すように、フェーズドアレイ２０４は、複数のアンテナ素子３０２_１〜３０２_ｋ（ｋは１より大きい整数）と、方向性結合器３０４と、送信増幅器３０６と、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）バンク３０８と、送信ビーム形成網３１０と、受信ビーム形成網３１２と、適応制御器３１４とを備えている。アンテナ素子３０２_１〜３０２_ｋは、配列に配置されていて、方向性結合器３０４に接続されている。方向性結合器３０４は、送信増幅器３０６からアンテナ素子３０２_１〜３０２_ｋへの送信信号を結合し、アンテナ素子３０２_１〜３０２_ｋからＬＮＡバンク３０８への受信信号を結合する。送信ビームは、適応制御器３１４の制御下で送信ビーム形成網３１０によって形成される。同様に、受信ビームは、同じく適応制御器３１４の制御下で受信ビーム形成網３１２によって形成される。適応制御器３１４は、ビーム形成網３１０とビーム形成網３１２によって形成される各ビームの方向と利得を公知の方法において制御する。
【００１９】
[0024]代替実施形態においては、フェーズドアレイ２０４は、受信用と送信用にそれぞれ１つずつ、２つの個別のアンテナアレイを備えていることができる。この実施形態においては、方向性結合器３０４が取り除かれていて、送信増幅器３０６とＬＮＡバンク３０８は、それぞれ、送信アンテナアレイと受信アンテナアレイに直接的に接続されている。
【００２０】
[0025]図４は、位置検出装置２０６の例示的な実施形態を示しているブロック図を表している。位置検出装置２０６は、各モバイル機器に関連付けられている特定の識別属性を利用して、各モバイル機器からの最強の送信信号の方向を決定する。位置検出装置２０６は、アンテナ素子２０８_１〜２０８_ｍ（ｍは１より大きい整数）と、受信器４０２_１〜４０２_ｍと、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器４０４_１〜４０４_ｍと、プロセッサ４０８と、メモリ４０９とを備えている。アンテナ素子２０８_１〜２０８_ｍは、モバイル機器によって送信されるＲＦ信号の空間的に多様なバージョンを受信するために、空間的に隔てられている。代替実施形態においては、アンテナ素子２０８_１〜２０８_ｍは、フェーズドアレイ２０４内のアンテナ素子のアレイ３０２_１〜３０２_ｋの一部である。いずれの場合にも、アンテナ素子２０８_１〜２０８_ｍは、モバイル機器４０６がある特定の位置にあるときに、このモバイル機器４０６からの送信信号を異なる時刻Ｔ_１及びＴ_２に受信する。位置検出装置２０６は、どのモバイル機器が送信しているかを、モバイル機器の特定の識別属性（すなわちモバイル機器に割り当てられているタイムスロット）によって判断する。この場合、周波数とタイムスロットの情報を無線通信システムが提供するか、又は位置検出装置２０６がこれらのパラメータのいずれか若しくは両方を判断することができる。受信信号の振幅と位相特性を分析することによって、送信信号の到来角を決定することができる。
【００２１】
[0026]より具体的には、アンテナ素子２０８_１〜２０８_ｍの出力は、それぞれ、復調のために受信器４０２_１〜４０２_ｍに接続されている。受信器４０２_１〜４０２_ｍからの復調された出力は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器４０４_１〜４０４_ｍによってデジタル化され、更にプロセッサ４０８に接続されている。プロセッサ４０８は、メモリ４０９内に格納されているアルゴリズムを実行し、受信信号経路の間の位相と振幅の関係を使用して、モバイル機器４０６からの受信信号の到来角と信号強度とを決定する。受信信号のそれぞれの到来角と強度が与えられると、プロセッサ４０８は、特定のタイムスロットの間のモバイル機器４０６からの最強の送信信号の方向を決定することができる。ＲＦ信号の到来角と受信強度を決定するためのこのようなアルゴリズムは、この分野において周知である。
【００２２】
[0027]図２に戻り、作用について説明する。フェーズドアレイ２０４は、特定のタイムスロット中のあるモバイル機器からの最強の送信信号（複数経路の環境においては直接の信号とは限らない）の方向に関する情報を、位置検出装置２０６から受信する。特定のタイムスロット中のモバイル機器の最強の送信信号の方向が与えられると、フェーズドアレイ２０４は、モバイル機器がそのタイムスロット中に基地局と通信しているときには、この方向にビームを向ける。次に、フェーズドアレイ２０４は、次のタイムスロットに割り当てられているモバイル機器と通信するためにビームの方向を切り替え、以下同様である。１つの方向から別の方向へのビームの切り替えは、与えられた周波数帯におけるモバイル機器のそれぞれと通信状態が維持されるように、タイムスロットの間の保護期間（例：ＧＳＭシステムにおいては３０．４６μｓ）内に行われる。各タイムスロットは十分に短い持続時間であり、それは、最強の受信信号の経路がモバイル機器への直接的な経路でない場合にもフェーズドアレイ２０４がこの経路を通じてモバイル機器にトラフィックを送信することができるものである。例えば、ＧＳＭシステムにおいては、各時間スロットの持続時間は０．５７７ｍｓであり、本発明は、この持続時間の間はモバイル機器からの最強の受信信号に対応するほぼ静的なチャネルであることを想定している。
【００２３】
[0028]上述したように、多数の周波数帯を通じてモバイル機器と通信するために、フェーズドアレイ２０４は多数のビーム２１２_１〜２１２_ｎを形成することができる。ビーム２１２_１〜２１２_ｎのそれぞれの方向は、前述したように切り替えられる。フェーズドアレイ２０４によって受信されたトラフィックは、基地局１１２の無線装置２１４に接続されている。同様に、フェーズドアレイ２０４によって送信されるトラフィックは、無線装置２１４から受信される。代替実施形態においては、フェーズドアレイ２０４は、それぞれのタイムスロットの間、モバイル機器に受信ビームのみを向けることができるのに対して、フェーズドアレイ２０４は、全方向に、又はセクター単位でモバイル機器に信号を送信する。
【００２４】
[0029]更に、フェーズドアレイ２０４は、セクター内のモバイル機器に信号（例：制御メッセージ、ページングメッセージなど）をブロードキャストするためのブロードビーム２１０を形成することもできる。ブロードビーム２１０は、「アイドル」状態（すなわちトラフィックの送信も受信もしていない状態）にあるモバイル機器にサービスを提供するために使用することもできる。代替実施形態においては、信号をブロードキャストするためのブロードビーム２１０は、全方向性アンテナなどの補足アンテナ２０７によって生成される。
【００２５】
[0030]このようにして、本発明のスマートアンテナ２０２は、基地局１１２に直接的に接続され、基地局１１２のアーキテクチャを変更する必要はない。これにより、現在のＴＤＭＡ無線通信システム内の既存の基地局において、システムを実質的に修正することなく、本発明を使用することができる。
【００２６】
[0031]代替実施形態においては、スマートアンテナ２０２は、フェーズドアレイ２０４のみを備えている。各モバイル機器の物理的な位置は、破線の経路２２６を通じてＭＳＣ２２４から受信される。フェーズドアレイ２０４のビームは、各モバイル機器の位置の方向に切り替えられる。この実施形態においては、各モバイル機器の位置は、無線通信システムのＭＳＣ２２４から受信される、各モバイル機器の物理的な位置として定義される。具体的には、例えば汎地球測位システム（ＧＰＳ）を使用して各モバイル機器の物理的な位置を決定するように、本発明を採用する無線通信システムを適合させることができる。各モバイル機器の物理的な位置が与えられると、本発明は、各モバイル機器の必要なビーム方向を決定することができる。この後、フェーズドアレイ２０４が前述したように動作する。
【００２７】
[0032]本発明は、ＣＤＭＡを採用している無線通信システムに使用することもできる。ＣＤＭＡ無線通信システムに応用される場合の本発明を最適に理解するためには、このようなシステムの動作を理解しておくことが有用である。ＣＤＭＡシステムにおいては、用語「チャネル」は、特定のＲＦ搬送周波数、帯域幅、及び固有の符号を指し、この固有の符号は、当該チャネルを別の符号を使用する他のチャネルから区別する。特定の周波数帯に対して、各モバイル機器には、その周波数帯において使用されている他の符号と直交する符号が割り当てられている。このようにして、基地局は、そのサービスエリア（例：セクター）内のモバイル機器と通信するための複数のチャネルをサポートすることができる。
【００２８】
[0033]ＣＤＭＡシステムにおいては、モバイル機器からのすべての信号が等しい出力で基地局に到着することが望ましい。各モバイル機器に対して完全な出力制御が維持されない場合、検出（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）は極めて急激に悪くなり、これによってセル内のモバイル機器の数と無線通信システムの能力とが減少する。ＣＤＭＡシステムは、一般的には、干渉によって能力が制限される。このことは、特にアップリンク（モバイル機器から基地局）についてあてはまり、アップリンクでは、動的な複数経路の環境で動作しているすべてのモバイル機器について完全な出力制御を維持することは困難である。モバイル機器の出力が増大する（バッテリーを浪費する）ことは望ましくないため、ＣＤＭＡ能力の増大は、特定のモバイル機器のアンテナ利得を高めることによって及び／又は干渉源の利得を減少させることによって、達成する必要がある。
【００２９】
[0034]図５は、ＣＤＭＡ無線通信システムに使用される場合の本発明の別の実施形態を示しているブロック図を表している。本発明は、基地局１１２に接続されているスマートアンテナ５０２を備えている。前述したように、基地局１１２は、ＢＳＣ５１２に接続されていて、このＢＳＣ５１２はＭＳＣ５１４に接続されている。基地局１１２、ＢＳＣ５１２、及びＭＳＣ５１４は、ＴＤＭＡではなくＣＤＭＡ通信技術が採用されていることを除いて、実質的に前述したように動作する。従って、各周波数帯は、複数の直交符号をサポートし、これらの直交符号は特定のモバイル機器に割り当てられている。スマートアンテナ５０２は、それぞれのチャネルを通じてモバイル機器にトラフィックを送信するための及び／又はモバイル機器からトラフィックを受信するための放射パターンを生成する。
【００３０】
[0035]この実施形態においては、スマートアンテナ５０２は、フェーズドアレイ５０４と位置検出装置５０６とを備えている。フェーズドアレイ５０４の動作は、図３に関して前述したとおりである。フェーズドアレイ５０４は、干渉源からの信号出力レベルを低減させるためと、基地局にて受信される出力が低いモバイル機器からの信号出力レベルを高めるために、その放射パターンを動的に修正することができる。例えば、一時的な弱まり（ｆａｄｅ）が起きているモバイル機器の方向にビームのピークを置くことにより、基地局１１２において受信される出力レベルが常に均等になる。同様に、干渉源の方向にヌル（ｎｕｌｌ）を置くことにより、基地局１１２におけるノイズ出力レベルが低減する。
【００３１】
[0036]位置検出装置５０６は、図４に示すように構成することができる。位置検出装置５０６は、到来角情報と、モバイル機器からの受信信号の強度とを決定する。前述したように、アンテナ２０８_１〜２０８_ｍは、基地局１１２と通信しているモバイル機器（例：モバイル機器４０６）からの空間的に多様な信号を受信する。受信器４０２_１〜４０２_ｍは、モバイル機器からのこの空間的に多様な信号を受信する。受信信号は、Ａ／Ｄ変換器４０４_１〜４０４_ｍによってデジタル化され、プロセッサ４０８に接続されている。
【００３２】
[0037]プロセッサ４０８は、各モバイル機器の特定の識別属性を使用してその位置を決定する。この実施形態においては、モバイル機器の位置は、最強の送信信号の方向である。ＣＤＭＡシステムにおいては、特定の識別属性は直交符号である。より具体的には、プロセッサ４０８は、基地局１１２と現在通信しているモバイル機器（すなわちセクター内のモバイル機器）のそれぞれに割り当てられている直交符号を使用している信号を、符号の検索及び相関（ｃｏｄｅｓｅａｒｃｈｉｎｇａｎｄｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）手法を使用して公知の方法において復号する。基地局１１２と現在通信しているモバイル機器のそれぞれに割り当てられている直交符号は、無線通信システムのＭＳＣ５１４から受信される。これに代えて、位置検出装置２０６が、メモリ４０９内に直交符号を格納することができる。
【００３３】
[0038]モバイル機器からの受信信号が復号されると、プロセッサ４０８は、符号の検索及び相関の結果をメモリ４０９に格納することができる。この後、プロセッサ４０８は、基地局１１２と初めて通信を開始する新しいモバイル機器からの信号を復号するのみでよい。このようにして、位置検出装置５０６は、同じ周波数であるが異なる直交符号を使用している信号を送信しているさまざまなモバイル機器を区別することができる。次に、プロセッサ４０８は、復号された信号を使用して、最強の送信信号の方向を決定するために、到来角と受信信号の強度を前述したように決定することができる。
【００３４】
[0039]この実施形態においては、位置検出装置５０６は、セルの外又はセクターの外の干渉しているモバイル機器の方向も決定する。前述したように、ＣＤＭＡシステムは、すべてのモバイル機器からの信号を基地局において同じ出力レベルで受信するように出力制御を使用する。ＣＤＭＡシステムでは、基地局のセクター内のすべてのモバイル機器に出力制御が行われるが、セクター間又は他のセルとの間での相対的な出力レベルは変わる。従って、セルの外又はセクターの外のモバイル機器が、基地局１１２と通信しているモバイル機器との干渉の原因になることがある。位置検出装置５０６は、基地局１１２のサービスエリア内のモバイル機器と、セルの外又はセクターの外のモバイル機器とを、ＭＳＣ５１４から受信される直交符号を使用することによって区別することができる。例えば、ＩＳ−９５無線通信システムにおいては、短いシーケンスオフセット（ｓｈｏｒｔｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｆｓｅｔ）を使用して、サービスエリア内のモバイル機器をサービスエリアの外のモバイル機器と区別することができる。基地局１１２のサービスエリア（例：セクター）内のモバイル機器にどの直交符号が割り当てられているかと、サービスエリアの外のモバイル機器にどの直交符号が割り当てられているかは、ＭＳＣ５１４を使用して示すことができる。これに代えて、位置検出装置２０６がこの情報をメモリ４０９内に格納することができる。
【００３５】
[0040]フェーズドアレイ５０４は、モバイル機器のそれぞれの最強の送信信号の方向を位置検出装置５０６から受信する。フェーズドアレイ５０４は、セルの外の又はセクターの外の干渉しているモバイル機器の方向も受信する。これに代えて、フェーズドアレイ５０４は、前述したように、モバイル機器の物理的な位置を破線の経路５１６を通じて無線通信システムから受信することができる。更に、フェーズドアレイ５０４は、基地局からの受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）情報を使用して、受信信号強度を受信することができる。
【００３６】
[0041]いずれの場合にも、基地局１１２のセクター内のモバイル機器からの受信信号が、望ましい出力レベル未満である場合には、フェーズドアレイ５０４は、モバイル機器（又はモバイル機器からの最強の受信信号）の方向にビームのピーク５０８を置くようにその放射パターンを修正する。ビームのピークによって利得が高まり、従って基地局における出力制御が維持される。セルの外又はセクターの外の干渉源がある場合には、フェーズドアレイ５０４は、利得が低下して基地局におけるノイズが減少するように、干渉源の方向に減衰（ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）５１０を置くようにその放射パターンを修正する。
【００３７】
[0042]干渉源からのノイズが減少するようにフェーズドアレイ５０４が放射パターン内に減衰を形成するとき、ヌルと偶然に同じ方向にある、基地局１１２と通信中のモバイル機器の信号強度も影響される。この場合、本発明では、影響されているモバイル機器に信号出力を高めるように、基地局１１２が命令する。信号出力を高めることによって、これらの影響されているモバイル機器からの受信信号の強度は、ＣＤＭＡ無線通信システムにおいて必要であるように一定のままになる。
【００３８】
[0043]フェーズドアレイ５０４は、特定のセル又はセクターによって使用される周波数帯の複数の送信ビームと受信ビームを形成することができる。更に、フェーズドアレイ５０４は、ブロードキャスト信号用のブロードビームを形成することができる。これに代えて、スマートアンテナ５０２は、ブロードキャストビームを生成するための補足アンテナ５０７（例：全方向性アンテナ）を備えていることができる。このようにして、本発明のスマートアンテナ５０２は、基地局１１２に直接的に接続され、基地局１１２のアーキテクチャを変更する必要はない。これにより、現在のＣＤＭＡ無線通信システム内の既存の基地局において、システムを実質的に修正することなく、本発明を使用することができる。
【００３９】
[0044]上記の説明では、本発明の好ましい実施形態を示したが、本発明のその他の実施形態とさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく創案することができ、本発明の範囲は、添付されている特許請求の範囲によって確定される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を採用することができる無線通信システムのセルを表している。
【図２】時分割多元接続（ＴＤＭＡ）式の無線通信システムに使用されている場合の本発明のスマートアンテナの１つの実施形態を示しているブロック図を表している。
【図３】図２のスマートアンテナのフェーズドアレイの１つの実施形態を示しているブロック図を示している。
【図４】図２のスマートアンテナの位置検出装置の１つの実施形態を示しているブロック図を表している。
【図５】符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）式の無線通信システムに使用されている場合の本発明のスマートアンテナの別の実施形態を示しているブロック図を表している。

Claims

複数のチャネルを通じてそれぞれ対応の複数のモバイル機器と通信する基地局を有する無線通信システムの能力を向上させる装置であって、前記複数のチャネルのそれぞれが、周波数帯の中に特定の識別属性によって定義されており、前記装置が、
ビームを放射パターンに形成するアンテナアレイと、
各モバイル機器がそれぞれのチャネルを通じて通信しているときに、前記ビームの方向を各モバイル機器の位置の方向に切り替える制御回路と、
を備えている、装置。
各モバイル機器の前記位置を、各モバイル機器からの最強の送信信号が受信される方向を決定することによって決定する位置検出装置、
を更に備えている、請求項１に記載の装置。
前記位置検出装置が、各モバイル機器の前記位置を前記特定の識別属性に基づいて決定するように更に構成されている、請求項２に記載の装置。
各モバイル機器の前記位置が、前記無線通信システムから受信された各モバイル機器の物理的な位置から決定される、請求項１に記載の装置。
前記特定の識別属性がタイムスロットである、請求項１に記載の装置。
前記特定の識別属性が識別符号である、請求項１に記載の装置。
前記制御回路が、干渉源が前記複数のモバイル機器のうちの１つ以上と干渉するときに、前記干渉源の方向に前記放射パターン内に減衰を形成するように更に構成されている、請求項６に記載の装置。
前記基地局が、前記減衰の方向にある前記複数のモバイル機器のうちの特定のモバイル機器に送信出力を高めるように命令する、請求項７に記載の装置。
前記制御回路が、各モバイル機器がそれぞれのチャネルを通じて通信しているときに、各モバイル機器からの受信信号の強度が減少している場合に前記ビームの方向を各モバイル機器の前記位置の方向に切り替えるように更に構成されている、請求項８に記載の装置。
複数のチャネルを通じてそれぞれ対応の複数のモバイル機器と通信する基地局を有する無線通信システムの能力を向上させる方法であって、前記複数のチャネルのそれぞれが、周波数帯の中に特定の識別属性によって定義されており、前記方法が、
ビームを放射パターンに形成するステップと、
各モバイル機器がそれぞれのチャネルを通じて通信しているときに、前記ビームの方向を各モバイル機器の位置の方向に切り替えるステップと、
を含む、方法。
前記特定の識別属性がタイムスロットである、請求項１０に記載の方法。
前記特定の識別属性が識別符号である、請求項１０に記載の方法。