JP4422410B2 - 適応できるアンテナアレイを有する無線通信 - Google Patents

Description

背景
分野
この発明は、一般に通信システムに関し、特に無線通信環境において、アンテナビームステアリング技術に関する。

背景
移動無線システムは、ユーザが指定されたサービスエリア内を自由に移動することを可能にし、いかなる無線電話技術装置またはパーソナル通信システムと通信することを可能にする。そのような移動無線通信システムの１つは符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）セルラシステムである。ＣＤＭＡセルラシステムは、スペクトラム拡散通信に基づく変調および多重アクセススキームである。ＣＤＭＡセルラシステムにおいて、多数の信号が同じ周波数スペクトラムを共有し、結果として、ユーザ容量を増大させる。これは、キャリアを変調する異なる擬似ランダムバイナリ系列を各信号を送信することにより達成され、それにより信号波長のスペクトラムを拡散する。送信された信号は、所望の信号のスペクトラムを逆拡散するために対応する擬似ランダムバイナリ系列を使用する相関器により受信器内で分離される。擬似ランダムバイナリ系列が一致しない好ましくない信号は帯域幅において逆拡散されず、雑音にのみ貢献する。

ＣＤＭＡセルラシステムの容量を決定する主なパラメータの１つは、雑音電力スペクトル密度に対するビットあたりのエネルギーの比（Ｅｂ／Ｎｏ）である。従って、雑音を減少することができれば、ＣＤＭＡセルラシステムの容量を増大させることができる。受信器の相関器に印加された好ましくない信号は雑音に貢献するので、アンテナのビームパターンを最適化することにより好ましくない信号を効率的に阻止することにより、改良することができる。ＣＤＭＡセルラシステムの容量を改良する他に、この最適化されたビームパターンは雑音と干渉を克服するために必要な送信電力を低減することができる。望ましくは、ビームパターンの最適化は、マルチパスコンポーネントを処理するため、または新しい通信チャネルを検索するために、ＣＤＭＡセルラシステムの能力を妥協すべきでない。従って、マルチパスコンポーネントを処理し、新しい通信チャネルを検索する能力を維持しながら、好ましくない信号を効率的に阻止するためにアンテナのビームパターンを制御するためのシステムと技術のための技術的必要性がある。

この発明の第１の観点において、受信の方法は、ある領域をカバーするための第１のビームを形成し、第１のビームを用いてその領域内の信号を検出し、および検出された信号を受信するために第２のビームを形成することを含む。

この発明の他の観点において、受信システムは、第１および第２のビームを形成するように構成されたアンテナと、第１のビームを用いて第１の信号を検索し、第２のビームを用いて第２の信号を受信するようにアンテナを制御するように構成されたプロセッサを含む。

この発明のさらに他の観点において、通信の方法は、基地局から信号を送信し、ある領域内において、送信された信号を検索するために、遠隔局において、第１のビームを形成し、その信号を受信するために、遠隔局において、第２のビームを形成する。

この発明のさらなる観点において、遠隔局は、第１のビームを用いて第１の信号を検索し、第２のビームを用いて第２の信号を受信するためにアンテナを制御するように構成されたプロセッサを含む。

さらに、この発明のさらなる観点において、受信の方法を具現化するコンピュータ読み出し可能な媒体は、ある領域をカバーするための第１のビームを形成し、第１のビームを用いてその領域内の信号を検出し、検出された信号を受信するために第２のビームを形成する。

この発明の他の観点において、受信器システムは第１の信号を検索するためにアンテナを介して第１のビームを形成する手段と、第２の信号を受信するためにアンテナを介して第２のビームを形成する手段を含む。

この発明の他の実施の形態は、以下の詳細な説明から当業者には容易に明白であることが理解され、ここでは、実例として、この発明の実施の形態のみを示し記載する。実現されるように、この発明は、この発明の精神と範囲を逸脱することなく、他のおよび異なる実施の形態が可能であり、いくつかの詳細はいろいろな意味で変更可能である。従って、図面と詳細な説明は本質的に実例としてみなされ、制限するものではない。

無線通信システムの例示実施の形態において、改良されたユーザ容量は、複数のユーザ間の相互干渉を低減するためにビームステアリング技術を採用することにより得ることができる。一例として、ＣＤＭＡセルラシステムにおいて、同一セルまたは隣接するセル内の他の遠隔局からの干渉を最小にしながら、基地局を遠隔局または加入者局と連結するビームパターンを発生するために、指向性アンテナを使用することができる。一例として、指向性アンテナは、空間的に分離した個々の放射素子からなるアンテナアレイを含むことができる。個々の放射素子は、ダイポール、開口導波管、導波管の溝、またはその他のタイプの放射素子を含むことができる。ビームパターンの形状と方向は、ここの放射素子に印加される信号の相対位相と振幅により決定される。相対位相を正しく変えることにより、ビームパターンの形状は複数のビームを用いて形成することができる。この方法を用いて、基地局と加入者局との間の通信チャネルを維持するために１つ以上のビームを使用することができ、一方、残りのビームを用いてマルチパスコンポーネントおよび他の信号を検索することができる。ビームステアリング技術は、加入者局および／または基地局において採用することができる。他の地上無線通信システムおよび衛星無線通信システムにおいて、ここに記載するビームステアリング技術は、全体の設計制約および他の要因に応じて種々の態様で実施することができる。従って、ＣＤＭＡセルラシステムへの参照は、この発明の観点を例証することのみを意図しており、そのような発明の観点は、広範囲のアプリケーションを持つことが理解される。

図１は、加入者局により採用されるビームステアリング技術を有した例示ＣＤＭＡセルラシステムの図である。ＣＤＭＡセルラシステムはネットワーク１０４と通信するために加入者局１０２のための機構を提供する。ネットワーク１０４は基地局コントローラ（ＢＳＣ）１０６に接続される。ＢＳＣ１０６は帰路１１０を介して基地局１０８と通信する。説明を簡単にするために、１つの基地局１０８しか示していないが、実際のアプリケーションでは、多数の基地局（図示せず）が、別個の帰路（図示せず）を介してＢＳＣ１０６に接続されるであろう。

加入者局１０２は、複数のビームパターンを形成するアンテナアレイ１１２を含む。加入者局１０２は、加入者局１０２により発生されたトラッキングビーム１１４内に位置する基地局と信号を交換する。トラッキングビーム１１４は加入者局１０２と基地局１０８との間の通信チャネルを維持するために使用される。サーチビーム１１６はまた、信号のマルチパスコンポーネントを検索するために、並びに他の基地局（図示せず）からの信号を検索するために、ある地理的領域を横切る方位にスキャンされる加入者局におけるアンテナアレイ１１２により、形成することができる。この手法は、マルチパスコンポーネントの損失無しに、加入者局により、通信チャネルを介して信号を受信するために増大した利得を供給する。さらに、加入者局は、他の基地局から新しい信号を獲得する能力を保持する。

あるいは、検索機能は、全方向性ビームパターン（図示せず）を用いて実行することができる。そのような検索機能がサーチビーム、全方向性ビームパターン、ワイドビーム(wide beam)、またはいずれかの他のタイプのビームを用いて実行されるかどうかは、サーチ領域、全体の設計制約、特定のアプリケーション、および例示ＣＤＭＡセルラシステムが動作している伝搬環境の機能である。少なくとも１つの実施の形態において、アンテナアレイは、変化している環境条件に最良に適応するために、サーチビーム、全方向性ビームおよびワイドビームの間で適応的に切り替えることができる。

図２は、ソフトハンドオフの期間、ビームステアリング技術を用いた例示ＣＤＭＡセルラシステムの図である。ソフトハンドオフは、オリジナルの基地局との既存の通信チャネルを切断する前に、新しい基地局との通信チャネルを確率するプロセスである。この手法は脱落した呼の確立を低減するだけでなく、ハンドオフを事実上ユーザにより検出できなくする。ソフトハンドオフは、複数の基地局から加入者局により受信された信号の強度に基づいて実行することができる。これは、各基地局から送信されたパイロット信号の強度を加入者局において測定することにより達成することができる。基地局から加入者局において受信されたパイロット信号のエネルギーレベルまたは電力レベルがしきい値を超えるとき、その基地局は加入者局のアクティブセットに追加される。基地局から加入者局において受信されたパイロット信号の強度がしきい値を下回るとき、その基地局は加入者局のためのアクティブセットから取り除かれる。既存のＣＤＭＡシステムにおいて、パイロット信号強度がしきい値を下回って下がるときすぐに加入者局のアクティブセットから基地局が取り除かれない。むしろ、基地局がアクティブセットから取り除かれる前に、所定時間、パイロット信号強度は、
しきい値より下に留まるはずである。この手法は、偽ものの信号レベル変動のために加入者局のアクティブセットから基地局が取り除かれる可能性を、低減させる。

図２に示すように、各基地局２０２ａ、２０２ｂはそのそれぞれのセルラセクタ２０４ａ、２０４ｂ内で信号を送受信する。ＣＤＭＡのセクタ化はユーザ容量を増大するために使用される技術である。セルは一般的に、１つ以上の１２０°ビーム幅アンテナを利用した１つ以上の基地局を用いて３方向にセクタ化される。広帯域アンテナパターンおよび伝搬異常のために、セクタのカバー領域はかなり重複する。この重複は、２つの基地局間のＣＤＭＡに基づいたソフトハンドオフメークビフォアブレーク(make-before-break)切換機能を実施するために使用される。

加入者局２０６は最初はセクタ２０４ａを介して移動しているように図示される。電源が入ると、加入者局２０６は放射素子（図示せず）に印加される信号の相対位相を制御し、獲得のために迅速にカバー領域を掃引することができる、全方向性または広帯域ビームパターンを形成する。基地局２０２ａからのパイロット信号が加入者局２０６により検出されると、アンテナアレイ２０８の放射素子（図示せず）に印加された信号の相対位相が調節され、基地局２０２ａに固定されたトラッキングビーム２１０を形成することができる。

トラッキングビームに加えて、アンテナアレイ２０８により形成されるビームパターンは、基地局２０２ａからのマルチパスコンポーネント、ならび他の基地局からの信号を求めてある地理的領域を横切る方位にスキャンされるサーチビーム２１２を含むことができる。あるいは、全方向性ビームパターンを用いて検索機能を実行することができる。サーチビームまたは全方向性ビームを介して受信した信号に基づいて、加入者局２０６と基地局２０２ａとの間の通信チャネルを介して性能を最適化するためにトラッキングビーム２１０の方向も変更することができる。

加入者局２０６が十分な強度のパイロット信号を有する基地局２０２ａからマルチパスコンポーネントを検出する場合に、アンテナアレイ２０８の放射素子に印加される信号の相対位相が調節され、１つ以上のさらなるトラッキングビーム（図示せず）を形成することができ、マルチパスコンポーネントの方向内の利得を増大させることができる。もうひとつの方法として、既存のトラッキングビーム２１０の形状を広げ、カバー領域を拡張し、加入者局２０６と基地局２０２ａとの間の通信チャネル並びにマルチパスコンポーネントを含めることができる。

セクタのカバー領域が重複するソフトハンドオフ領域に加入者局２０６が移動すると、サーチビーム２１２は、基地局２０２ｂからのパイロット信号を検出するために発射方位に連続的にスキャンされる。基地局２０２ｂからのパイロット信号が検出されると、その基地局２０２ｂは加入者局２０６のためのアクティブセットに追加される。この結果、基地局２０２ａの方向に向けられたオリジナルトラッキングビーム２１０と、発射方位にスキャンされるサーチビーム２１２の両方を維持しながら、アンテナアレイ２０８の放射素子に印加された信号の相対位相が調節され、基地局２０２ｂの方向に新しいトラッキングビーム（図示せず）を有したビームパターンを作るようにしてもよい。ソフトハンドオフの遷移の期間、両方の基地局２０２ａ、２０２ｂが一時的にその呼に機能することができるように、トラッキングビームは基地局２０２ａ、２０２ｂの方向の利得を増大させる。

加入者局２０６がソフトハンドオフ領域から出て、新しいセクタ２０４ｂに移動すると、オリジナル基地局２０２ａのパイロット信号の強度は、加入者局２０６にそのアクティブセットから基地局２０２ａを除外させるしきい値を下回るまで、減少する。この結果、アンテナアレイ２０８の放射素子に印加される信号の相対位相は再度調節され、新しい基地局２０２ｂの方向に向けられた新しいトラッキングビーム（図示せず）および発射方位にスキャンされるサーチビーム２１２を維持しながら、オリジナル基地局２０２ａの方向にあるオリジナルトラッキングビーム２１０を消去するビームパターンを形成するようにしてもよい。

動作中の基地局およびそのマルチパスコンポーネントからの信号、ならびに他の基地局からの信号の受信に適合するために種々の異なるビームパターンを形成することができることを当業者は理解するであろう。一例として、動作中の基地局と信号を交換するために１つ以上のトラッキングビームを用いてビームパターンを形成することができる。同様に、動作中の基地局からのマルチパスコンポーネントまたは他の基地局からの信号を受信するために、１つ以上のトラッキングビームを用いてビームパターンを形成することができる。検索機能も、いかなる数のサーチビームを用いてまたは他の方法として全方向性ビームを用いて実行することができる。さらに、発射方位にサーチビームを掃引するように、あるいはそのセクタ内において、空間内の一方の位置から空間内の他方の位置へシフトするようにアンテナアレイを制御することができる。トラッキングビームとサーチビームの形状もまた変化させることができる。一例として、マルチパスコンポーネントをもたらす伝搬環境における変化に適合するために、より広いまたはより狭いトラッキングビームを持つように、ビームパターンを調節することができる。ある場合には、ビームパターンのサイドローブは、動作中の基地局からの信号を受信するため、マルチパスコンポーネントを受信するため、または他の基地局からの信号を受信するために使用することができる。

図３は基地局により採用されるビームステアリング技術を用いた例示ＣＤＭＡセルラシステムの図である。基地局３０２は、ＢＳＣ３０８への帰路３０６を介してネットワーク３０４と通信するように示される。基地局３０２は、空間的に分離された個々の放射素子から構成アレイアンテナ３１０のような指向性アンテナを含む。トラッキングビーム３１２は、加入者局３１４ａとの通信チャネルを維持するためにアンテナアレイ３１０により形成することができる。サーチビームはまた、その信号並びに他の加入者局からの信号のマルチパスコンポーネントを求めて、セルラセクタまたは他の地理的領域を横切る方位にスキャンされるアンテナアレイ３１０により形成することもできる。もうひとつの方法として、サーチビーム３１６は、機械的にスキャンされるパラボラアンテナ（図示せず）またはその他の技術的に知られた指向性アンテナのような分離アンテナを用いて形成することができる。

検索機能は、トラッキングビーム３１２に重ねあわされた１２０°幅のビームパターン（図示せず）を形成するために、アンテナアレイを制御することにより二者択一的に実行することができる。そのような検索機能がサーチローブ(search lobe)、ワイドビームパターン、またはその他のビームパターンを用いて実行されるかどうかは、全体の設計制約、特定のアプリケーション、および例示ＣＤＭＡセルラシステムが動作している伝搬環境の機能である。少なくとも１つの実施の形態において、変化している環境条件に最良に適合するためにサーチビームとワイドビームパターンとの間で適応的にアンテナアレイを切り替えることができる。

記載された例示実施の形態において、加入者局信号を求めて、トラッキングビーム３１２は加入者局３１４ａに焦点が合わされ、サーチビーム３１６は、セルラセクタを横切って掃引される。基地局３０２が、十分な強度の信号を用いて加入者局３１４ａからのマルチパスコンポーネントを検出する場合には、アンテナアレイ３１０の放射素子に印加される信号の相対位相が調節され、１つ以上のさらなるトラッキングビーム（図示せず）が作られ、マルチパスコンポーネントの方向の利得を増加させることができる。もうひとつの方法としては、既存のトラッキングビームの形状を広げて、基地局３０２と加入者局３１４ａとの間の通信チャネル並びにマルチパスコンポーネントを含めるためにカバー領域を拡張することができる。

サーチビーム３１６はさらにセルラセクタを横切って掃引されるので、サーチビーム３１６が新しい加入者局３１４ｂを横切って掃引されると、十分な強度の加入者局信号が基地局３０２により検出されるはずである。従って、基地局３０２は、新しい加入者局３１４ｂのアクティブセットに追加される。この結果、アンテナアレイ３１０の放射素子に印加される信号の相対位相が調節され、加入者局３１４ａの方向に向けられたオリジナルトラッキングビーム３１２と発射方位にスキャンされるサーチビーム３１６の両方を維持しながら、基地局３１４ｂの方向に新しいトラッキングビーム（図示せず）を用いてビームパターンを作ることができる。

実際問題として、各動作している加入者のための別個のトラッキングビームは、単一基地局が一般にサービスしなければならない呼の数の観点からまれなことであろう。その代わりトラッキングビームの数が一般に採用され、各トラッキングビームは、セルラセクタの各領域内のすべての通信チャネルをサービスする。一例として、各トラッキングビームの幅は、１０°の角領域内のすべての動作している加入者局にサービスするように形成することができる。各トラッキングビームの幅は、動作している加入者局の数の変化および伝搬環境の変化に適合するように適応的に変更することができる。さらに、セルラセクタ内の加入者局間の相互干渉を最小にするために、各トラッキングビームの幅を適応的に変更することができる。例えば、より高いデータレートを有する通信チャネルを必要とする加入者局は、同じＥｂ／Ｎｏ性能を維持するためにより高い電力レベルで送信する必要があるであろう。狭いトラッキングビームを用いて、その加入者局の方向の利得を増加させ、より高いデータレートをサポートするために必要であった送信電力を低減し、それにより同じセルラセクタ内の他の加入者局への干渉を低減することができる。狭いトラッキングビームが、基地局から遠くに位置する加入者局に焦点が合わせられたなら、同じ結果を得ることができた。さもなければ、同じＥｂ／Ｎｏ性能を維持するためにこれらの加入者局の各々により必要とされるであろう送信電力は、より狭いトラッキングビームを有した基地局においてアンテナアレイの指向性利得を増加させることにより、低減することができる。低減されたデータレートを有した通信チャネルを必要とするこれらの加入者局の場合または加入者局に物理的により近くに位置する加入者局の場合、より広いトラッキングビームを使用することができ、または二者択一的に１２０°幅のビームを用いてこれらの呼にサービスすることができる。

基地局と加入者局の両方において、ビームステアリング技術を採用するＣＤＭＡセルラシステムにおいて、加入者局における検索機能は、サーチビームと全方向性ビームとの間で適応的に切り替えられるアンテナアレイを用いて実行することができる。この概念は図４に示される。図４において、ソフトハンドオフの期間、例示ＣＤＭＡセルラシステムが示される。例示ＣＤＭＡセルラシステムにおいて、基地局４０２は、空間的に分離された個々の放射素子から構成されるアンテナアレイ４０４のような指向性アンテナを含む。基地局４０２は、加入者局を有した通信チャネルなしに示されており、それゆえ、アンテナアレイ４０４により形成されるトラッキングビームを有していない。その代わり、サーチビームがアンテナアレイ４０４により形成され、加入者局からの信号を求めてそのセルラセクタ４０８を横切る方位にスキャンされる。

加入者局４１０は基地局４０２のセルラセクタ４０８に近づくように示される。加入者局もまた、空間的に分離された個々の放射素子から構成されるアンテナアレイ４１２のような指向性アンテナを含む。ソフトハンドオフの期間、隣接するセルラセクタ内の基地局（図示せず）と通信チャネルを維持するためにアンテナアレイ４１２によりトラッキングビーム４１４が形成される。サーチビーム４１６もまた加入者局４１０においてアンテナアレイ４１２により形成され、隣接する基地局（図示せず）からマルチパスコンポーネントを検索するために発射方位にスキャンされる。

加入者局４１０は基地局４０２のセルラセクタ４０８に移動するので、加入者局４１０と基地局４０２との間のサーチビームの非同期のステアリングにより信号の獲得が困難であるかもしれない。信号獲得を容易にする１つの例示的方法は、加入者局４１０と基地局４０２が順方向サーチビームのタイミングを協議可能にすることである（すなわち、基地局４０３から加入者局４１０への送信）。これは、加入者局４１０において、サーチビーム４１６を、全方向性ビーム（図示せず）に周期的に切り替えることである。全方向性ビームが形成されると、加入者局４１０はすべての方向から、基地局４０２からのパイロット信号強度をモニタすることができる。基地局４０２からのサーチビーム４０６がそのセルラセクタを一斉捜索すると、基地局４０２からのサーチビーム４０６が加入者局４１０に焦点が合わされたとき、加入者局４１０は最大信号強度を検出するはずである。基地局４０２のビーム掃引パターンが周期的なら、基地局４０２のサーチビーム４０６が通りすぎるとき、加入者局４１０は正確に予測できるはずである。基地局４０２からのサーチビーム４０６のタイミングが確立されると、加入者局４１０により形成される全方向性ビームを用いて、適当な時刻に基地局４０２からパイロット信号を受信し記憶することができる。従って、加入者局４１０におけるサーチビーム４１６は、記憶されたパイロット信号を用いてデジタル領域内を効率的に掃引することができ、最大パイロット信号強度を形成する角座標を決定することができる。従って、これらの角座標を用いて、ソフトハンドオフ領域において基地局４０２に焦点が合わされた第２トラッキングビームを形成することができる。

図５は、ビームステアリング技術を採用した例示ＣＤＭＡセルラ装置の機能ブロック図である。例示ＣＤＭＡセルラ装置に記載され示されたビームステアリング技術はデジタル領域において実行されるが、当業者は、多くの他の方法を用いて、トラッキングビームおよびサーチビームを案内できることは理解するであろう。一例として、トラッキングビームおよびサーチビームは、フェーズドアレーアンテナを用いて形成することができる。

記載された例示ビームステアリング技術は、基地局または加入者局のようないかなるＣＤＭＡセルラ装置において、採用することができる。例示ＣＤＭＡセルラ装置はトラッキングチャネル５０２およびサーチチャネル５０４を含む。トラッキングチャネル５０２は送信路および受信路を含む。他方、サーチチャネル５０４は受信のみのチャネルである。トラッキングチャネルの受信路は、説明を容易にするために、サーチチャネルとは別個に示されるが、当業者は、その機能性は単一のチャネルに結合することができ、時分割できることを理解するであろう。

例示ＣＤＭＡセルラ装置は２つのグループの空間的に分離された放射素子に分割されるアレイアンテナ５０６を含む。第１のグループの放射素子５０６ａはトラッキング機能を実行し、第２のグループの放射素子５０６ｂはサーチ機能を実行する。放射素子の正確な数は特定のアプリケーションおよび設計パラメータに応じて変化するであろう。記載した例示ＣＤＭＡセルラ装置において、トラッキング機能は、４つの専用の放射素子を使って実行され、サーチ機能は別の４つの専用の放射素子を使って実行される。もう一つの方法として、放射素子は、トラッキング機能とサーチ機能との間で時分割することができる。さらに、放射素子の数は、ビームパターンの形状を容易にするために適応的に変更することができる。一例として、より少ない放射素子を用いると、より広いビームを生じ、より多くの放射素子を用いると、より狭いビームを生じる。

サーチチャネルはサーチ素子５０６ｂに接続されたサーチ受信器５０８を含む。サーチ受信器５０８は、各サーチ素子５０６ｂからの信号を増幅し、フィルタリングし、ベースバンドにダウンコンバートする。サーチ受信器５０８内のアナログ−デジタル変換器（図示せず）は、各サーチ素子からのベースバンド信号をデジタル的にサンプルし、デジタルベースバンドサンプルをサーチメモリ５１０に供給する。

サーチメモリ５１０は、各サーチ素子５０６ｂに対しディスクリートタイムサンプルの全方向性マップを供給する。サーチメモリ５１０からの全方向性の時間整合されたディスクリートサンプルはサーチフィルタ５１２に接続される。サーチフィルタ５１２において、時間整合されたサンプルの各セットに一連の重みを印加するためのアルゴリズムが実行され、デジタル領域において、サーチビームを効率的に形成し、案内する。そのようなアルゴリズムは技術的に良く知られている。一例として、サーチメモリ５１０は、サーチ素子５０６ｂの各々からディスクリートサンプルタイムを記憶するためのファーストインファーストアウト（ＦＩＦＯ）方法論を用いて実施することができる。ＦＩＦＯ方法は、最も長い期間メモリに記憶されていた信号を最初に検索する記憶方法である。このようにして、ｔ₀において、サーチ素子の各々からそれぞれ受信した信号、u₀,x₀,y₀,およびz₀がＦＩＦＯに記憶される。t₁において、それぞれサーチ素子の各々からつぎに受信した信号u₁,x₁,y₁,およびz₀はt₀において受信した信号の後ろにおいてＦＩＦＯに記憶される。同様に、t₂においいて、それぞれサーチ素子の各々から次に受信した信号、u₂,x₂,y₂,およびz₂はt₁において受信された信号の後において、ＦＩＦＯに記憶される。サーチフィルタ５１２は最も長い期間メモリに記憶された信号を最初にＦＩＦＯから読み出すであろう。この場合、u₀,x₀,y₀,およびz₀がＦＩＦＯから読み出されサーチフィルタ５１２に接続されるであろう。現時点において、t₀において、その信号は、全方向性信号を表す。t₀においてその信号に異なる重みを印加し、それらを結合することにより、デジタル領域に指向性サーチビームを効率的に形成することができる。特に、以下のアルゴリズムを適用することにより、１つの各方向に指向性サーチビームを形成することができる。

(a₀)(u₀)+(b₀)(x₀)+(c₀)(y₀)+(d₀)(z₀)
但しa₀,b₀,c₀およびd₀は重みである。重みを変えることにより、サーチビームの角方向を変更することができる。従って、以下のアルゴリズムを適用することにより第２の角方向に指向性サーチビームを形成することができる。

(a₁)(u₀)+(b₁)(x₀)+(c₁)(y₀)+(d₁)(z₀)
但し、a₁,b₁,c₁およびd₁は重みである。この手続きはt₀において、いかなる数の所望の角方向に対して継続することができる。もう一つの方法として、t₀において、１つの角方向にサーチビームを形成し、t₁において第２の角方向を形成し、t₂において第３の角方向を形成する、等々ことによりメモリに関して複雑さの低減を達成することができる。サーチメモリ５１０は、ビームステアリング技術または、もう一つの方法として、システムの要望、変化する伝搬環境、または他の考慮すべき事柄に応じて２つの間を適応的に切り替える柔軟性を供給する。

サーチフィルタ５１２からの結合された重み付けされた信号は、信号強度を推定することができるベースバンドサーチャー５１４に接続される。パイロット信号を採用するシステムにおいて、ベースバンドサーチャーは受信した信号からパイロット信号を分離することができ、パイロット信号をしきい値と比較することができる。パイロット信号強度がしきい値を越えるなら、サーチフィルタ５１２により使用された重みは、トラッキングビームを形成する目的のためにトラッキングチャネル５０２に接続される。もう一つの方法としては、角座標、または重みを表す何らかの他の信号をトラッキングチャネル５０２に接続してトラッキングビームを形成することができる。

トラッキングチャネル５０２は送信モードまたは受信モードで動作することができる。送信モードにおいて、送信路はダイプレクサ５１６を介してトラッキング素子５０６ａに接続される。ダイプレクサ５１６は、送信器漏れが受信路のコンポーネントを鈍感にするあるいは損害を与えることを防止するために十分な絶縁を供給する。受信モードにおいて、ダイプレクサ５１６はトラッキング素子５０６ａからの信号を受信路に方向づける。ダイプレクサ５１６の位置は、コンピュータ、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、またはその他の技術的に知られた装置により制御することができる。

受信路内のトラッキング受信器５１８はダイプレクサ５１６に接続される。サーチ受信器５０８の対応物と同様に、トラッキング受信器５１８は各トラッキング素子５０６ａからの信号を増幅し、フィルタリングし、ベースバンドにダウンコンバートする。トラッキング受信器５１８内のアナログ−デジタル変換器（図示せず）は各サーチ素子５０６ａに対してベースバンド信号をデジタル的にサンプリングし、デジタルベースバンドサンプルをトラッキングメモリ５２０に供給する。以下に説明するように、トラッキングメモリ５２０は、加入者局との通信チャネルを維持するためにトラッキングビームを調節するための機構を提供する。

デジタルベースバンドサンプルはトラッキングメモリ５２０から読み出され、トラッキングフィルタ５２２に接続される。記載した例示ＣＤＭＡセルラ装置において、重みはベースバンドサーチャー５１４からトラッキングフィルタ５２２に供給され、トラッキングメモリ５２０から読み出されたデジタルベースバンドサンプルに印加される。一例として、パイロット信号強度が、(a₁)(u₀)+(b₁)(x₀)+(c₁)(y₀)+(d₁)(z₀)の結合された重み付けされた信号から十分であったとベースバンドサーチャー５１４が決定したなら、定数a₁,b₁,c₁およびd₁はベースバンドサーチャー５１４からトラッキングフィルタ５２２に結合することができる。トラッキングフィルタ５２２は、トラッキング素子５０６ａとサーチ素子５０６ｂとの間の空間的不一致を補償するために重みを調節することができ、その補償された重みを以下のように、トラッキングメモリ５２０から読み出されたデジタルベースバンドサンプルに印加することができる。

(a₁')(u₀)+(b₁')(x₀)+(c₁')(y₀)+(d₁')(z₀)
但し、a₁',b₁',c₁'およびd₁'は補償された重みであり、u₀,x₀,y₀およびz₀はt₀におけるトラッキングメモリ５２０からのデジタルベースバンドサンプルである。従って、トラッキングフィルタ５２２からの結合された重み付けされた信号は復調器７２に接続可能であり、所望の信号スペクトラムを逆拡散する。

トラッキングフィルタ５２２によりデジタルベースバンドサンプルに印加された重みは、トラッキングビームの方向を最適化するために、適応的に調節可能である。これは、最大パイロット信号強度を効果的に追跡するためにディスクリートタイムサンプルに印加された重みを変化させるトラッキングフィルタ５２２内のアルゴリズムを実施することにより、達成することができる。一例として、トラッキングメモリ５２０は、トラッキング素子５０６ａの各々からのディスクリートタイムサンプルを記憶するためのファーストインファーストアウト（ＦＩＦＯ）方法論を用いて実施することができる。このようにして、ｔ₀において、検索素子の各々からそれぞれ受信した信号u₀,x₀,y₀およびz₀がＦＩＦＯに記憶される。トラッキングフィルタにより実行されるアルゴリズムは、トラッキングビームを隣接する角方向に効果的に案内する、t0における信号に対して、連続した重みがあてがわれる。隣接する角方向からのパイロット信号は復調器５２４内の受信された信号から分離され互いに比較される。最大強度を有するパイロット信号を生じる重みは、トラッキングビームを調節するために、トラッキングフィルタ５２２にフィードバックされる。トラッキングフィルタ５２２からの補償された重みも、送信経路内の変調器５２８に続くトラッキングフィルタ５２６に供給することができる。次に補償された重みは変調された信号に印加することができる。トラッキングフィルタ５２６はさらに、一例として、順方向リンクおよび逆方向リンクのために使用される異なるキャリア周波数を含む、何らかの数の要因により、変調された信号に印加された重みを補償してもよい。順方向リンクは、基地局から加入者局への送信に言及し、逆方向リンクは、加入者局から基地局への送信に言及する。重み付けされた変調された信号は、受信経路により使用されるトラッキングビームと一致する送信ビームを効果的に形成する。

送信器５３０はトラッキングフィルタ５２６に接続される。送信器５３０は重み付けされた変調された信号をアップコンバートし、濾波し、増幅する。送信器５３０の出力は、ダイプレクサ５１６を介してトラッキングアンテナ５０６ａに接続され、そこで、信号は、トラッキングフィルタ５２６により信号に印加された重みにより定義される方向に増大した利得を有して自由空間に送信される。

当業者はさらに、ここに開示した実施の形態に関連して記載した種々の実例となる論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムは、電子ハードウエア、コンピュータソフトウエアまたは両方の組合せで実施できることを理解するであろう。このハードウエアとソフトウエアの互換性を明瞭に説明するために、種々の実例となる部品、ブロック、モジュール、回路、およびステップが一般にそれらの機能性の観点から上に記載された。そのような機能性がハードウエアまたはソフトウエアとして実現されるかは特定のアプリケーションおよび全体のシステムに課せられた設計制約に依存する。熟達した職人は、各特定のアプリケーションに対して記載した機能性を変形した方法で実施することができるが、そのような実施の判断は、この発明の範囲を逸脱するものとして解釈されるべきでない。ここに開示された実施の形態に関連して記載された種々の実例となる論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理装置、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウエアコンポーネント、またはここに記載した機能を実行するように設計されたいずれかの組合せを用いて実施または実行することができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってよいが、別の方法では、プロセッサは、いずれかの一般的なプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってよい。プロセッサはまた、計算装置の組合せとしても実施できる。例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと協力した１つ以上のマイクロプロセッサまたはいずれかの他のそのような構成として実施することもできる。

ここに開示された実施の形態に関連して記載された方法またはアルゴリズムは、ハードウエアにおいて、プロセッサにより実行されるソフトウエアモジュールにおいて、または両者の組合せにおいて直接具現化することができる。ソフトウエアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、脱着可能ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または技術的に知られているその他のいずれかの形態の記憶媒体に存在することができる。例示記憶媒体は、プロセッサに接続される。そのようなプロセッサは記憶媒体から情報を読み出し、記憶媒体に情報を書き込むことができる。別の方法では、記憶媒体は、プロセッサに集積可能である。プロセッサと記憶媒体はＡＳＩＣに存在してもよい。ＡＳＩＣはユーザ端末に存在してもよい。別の方法では、プロセッサと記憶媒体はユーザ端末内のディスクリートコンポーネントとして存在してもよい。

好適実施の形態の上述の記載は当業者がこの発明を製作または使用することを可能にするために提供される。これらの実施の形態に対する種々の変更は当業者には容易に明白であろう、そしてここに定義される包括的原理は発明力の使用なしに他の実施の形態に適用可能である。従って、この発明は、ここに示した実施の形態に限定されることを意図したものではなく、ここに開示した原理と新規な特徴に一致する最も広い範囲が許容されるべきである。

図１は、例示実施の形態に従って加入者局により採用されるビームステアリング技術を用いたＣＤＭＡセルラシステムの図である。 図２は、例示実施の形態に従って、加入者局により採用されるビームステアリング技術を用いてソフトハンドオフの期間中のＣＤＭＡセルラシステムの図である。 図３は例示実施の形態に従って、基地局により採用されるビームステアリング技術を用いたＣＤＭＡセルラシステムの図である。 図４は例示実施の形態に従って、基地局と加入者局の両方により採用されるビームステアリング技術を用いたＣＤＭＡセルラシステムの図である。 図５は、例示実施の形態に従って、ビームステアリング技術を採用するＣＤＭＡセルラ装置の機能ブロック図である。

Claims (24)

1. 下記を具備する通信の方法：
   １つ以上のトラッキングビームと１つ以上のサーチビームを備えた複数のビームパターンを形成する、前記トラッキングビームの形成は、複数の空間的に分離されたエレメントを介してエネルギーを受信することと、前記エレメントの各々からの前記受信したエネルギーに重みを付けることと、前記重み付けされたエネルギーを結合することを備える；
   前記１つ以上のトラッキングビームを用いて第１の局と第２の局との間の通信チャネルを維持し、前記維持することは、前記１つ以上のサーチビームを用いて１つ以上のさらなる信号をサーチしている間前記第２の局からの第１の信号を受信することを含む。
2. １つ以上のさらなる信号をサーチすることは、領域を横切って前記１つ以上のサーチビームを掃引することを備えた請求項１の方法。
3. １つ以上のさらなる信号をサーチすることは、前記第１の信号のマルチパスコンポーネントをサーチすることを備えた、請求項１の方法。
4. １つ以上のさらなる信号をサーチすることは、第３の局から第２の信号をサーチすることを備えた、請求項１の方法。
5. 複数のビームパターンを形成することは、全方向性トラッキングビームを形成することを備えた、請求項１の方法。
6. 少なくとも１つのサーチビームは前記第２の局から前記第１の信号を受信した後に前記トラッキングビームになる、請求項１の方法。
7. 下記を具備する装置：
   １つ以上のトラッキングビームと１つ以上のサーチビームを備えた複数のビームパターンを形成するように構成されたアンテナ、前記アンテナは、複数の分離されたエレメントを介してエネルギーを受信し、前記エレメントの各々からの前記受信したエネルギーに重みを付け、前記重み付けされたエネルギーを結合することにより前記トラッキングビームを形成するようにさらに構成される；
   前記１つ以上のトラッキングビームを用いて第１の局と第２の局との間の通信チャネルを維持するように前記アンテナを制御するように構成されたプロセッサ、前記維持することは前記１つ以上のサーチビームを用いて１つ以上のさらなる信号をサーチしている間前記第２の局から第１の信号を受信することを含む。
8. 前記アンテナは、全方向性トラッキングビームを形成するようにさらに構成される、請求項７の装置。
9. 前記アンテナは、前記第１の信号のマルチパスコンポーネントをサーチするようにさらに構成された、請求項７の装置。
10. 前記アンテナは、第３の局からの第２の信号をサーチするようにさらに構成された、請求項７の装置。
11. 前記アンテナは、前記１つ以上のさらなる信号をサーチするために領域を横切って前記１つ以上のサーチビームを掃引するように構成された、請求項７の装置。
12. 通信の方法を具現化するコンピューター読み取り可能媒体、前記方法は下記を具備する：
    １つ以上のトラッキングビームと１つ以上のサーチビームを備えた複数のビームパターンを形成する、前記トラッキングビームの形成は、複数の空間的に分離されたエレメントを介してエネルギーを受信することと、前記エレメントの各々からの前記受信されたエネルギーに重みを付けることと、前記重み付けされたエネルギーを結合することとを備える；
    前記１つ以上のトラッキングビームを用いて第１の局と第２の局との間の通信チャネルを維持する、前記維持することは、前記１つ以上のサーチビームを用いて１つ以上のさらなる信号をサーチする間前記第２の局から第１の信号を受信することを含む。
13. １つ以上のさらなる信号をサーチすることは、領域を横切って１つ以上のサーチビームを掃引することを備えた、請求項１２のコンピューター読み取り可能媒体。
14. １つ以上のさらなる信号をサーチすることは、前記第１の信号のマルチパスコンポーネントをサーチすることを備えた、請求項１２のコンピューター読み取り可能媒体。
15. １つ以上のさらなる信号をサーチすることは、第３の局からの第２の信号をサーチすることを備えた、請求項１２のコンピューター読み取り可能媒体。
16. 複数のビームパターンを形成することは、全方向性トラッキングビームを形成することを備えた、請求項１２のコンピューター読み取り可能媒体。
17. 少なくとも１つのサーチビームは、前記第２の局から前記第１の信号を受信した後に前記トラッキングビームになる、請求項１２のコンピューター読み取り可能媒体。
18. 下記を具備する、通信のための装置：
    領域をカバーするためにトラッキングビームを形成する手段、前記トラッキングビームの形成は、複数の空間的に分離されたエレメントを介してエネルギーを受信することと、前記エレメントの各々からの前記受信されたエネルギーに重みを付けることと、前記重み付けされたエネルギーを結合することとを備える；
    少なくとも１つのトラッキングビームを用いて前記領域内の信号を受信しトラッキングする手段；
    検出された信号を受信するためにサーチビームを形成する手段、前記サーチビームの形成は、第２の複数の空間的に分離されたエレメントを介してエネルギーを受信することと、前記第２の複数のエレメントの各々からの前記受信されたエネルギーに第２の重みを付けることであって、前記第２の複数のエレメントの各々からの前記受信されたエネルギーに付けられた前記第２の重みは異なることと、および前記第２の重み付けされたエネルギーを結合することとを備え、前記第２の重みは、前記トラッキングビームを形成するために付けられた重みの関数である；
    前記第２の複数のエレメントの各々からの前記受信されたエネルギーに付けられた前記第２の重みを調節することにより前記信号をトラッキングする手段、前記信号のトラッキングは、前記第２の複数のエレメントの各々からの前記受信されたエネルギーに付けられた前記第２の重みを調節することにより、および前記サーチビームを最も高いエネルギーレベルを有するロケーションに固定することにより、前記サーチビームを複数のロケーションに移動することを備える。
19. 前記トラッキングビームを形成する手段は、前記トラッキングビームを全方向性ビームとして形成する手段を備えた、請求項１８の装置。
20. 前記トラッキングビームを形成する手段は、複数のトラッキングビームを形成する手段を備えた、請求項１８の装置。
21. 下記を具備する装置：
    複数のサーチビームおよびトラッキングビームを形成するように構成されたアンテナ、前記アンテナは複数の空間的に分離されたエレメントを備え、前記エレメントは第１のグループおよび第２のグループを備え、前記第１のグループは前記トラッキングビームを形成するように構成され、前記第２のグループは前記サーチビームを形成するように構成される；
    前記トラッキングビームを用いて信号をトラックし、前記サーチビームを用いて信号を受信してトラックするためにアンテナを制御するように構成されたプロセッサー、前記プロセッサーは、前記第１のグループのエレメントから受信されたエネルギーに重みを付け、前記エネルギーを結合して前記トラッキングビームを形成するように構成されたフィルターをさらに備え、前記プロセッサーは、重み付けされたエネルギーの関数として前記第１の信号をサーチするように構成されたサーチャーをさらに備え、前記プロセッサーは、前記第２のグループのエレメントの各々から受信されたエネルギーに第２のエネルギー重みを付け、前記重み付けされた第２のエネルギーを結合して前記第２のビームを形成するように構成された第２のフィルターをさらに備え、前記第２のグループの各々から受信された前記エネルギーに付けられた前記第２の重みは前記サーチャーに応答する。
22. 前記第２のフィルターは、前記第２のグループのエレメントの各々からの前記受信されたエネルギーに異なる第２の重みを付けるようにさらに構成される、請求項２１の装置。
23. 前記プロセッサーは、前記結合された第２の重み付けされたエネルギーを復調するように構成された復調器をさらに備えた、請求項２１の装置。
24. 前記第２のフィルターは、前記復調された結合された第２の重み付けされたエネルギーの関数として前記第２のグループのエレメントの各々からの前記受信されたエネルギーに付けられた前記第２の重みを調節するようにさらに構成された、請求項２１の装置。

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