JP4914549B2

JP4914549B2 - アンテナのアレイを使用したｃｄｍａシステム内でのダウンリンク信号処理

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Publication number: JP4914549B2
Application number: JP2001537180A
Authority: JP
Inventors: ユン，ルイス・シイ; トロット，ミッチェル・ディ
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: JP2003514431A; WO2001035548A1; CN1248430C; AU1483401A; EP1228582A1; US6985466B1; CN1423864A

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、ワイヤレス通信システムの分野に関し、より具体的には、ＣＤＭＡを基礎とするデジタル・セルラーおよび類似のシステム内で雑音および干渉を低減するために、複数要素アンテナ・アレイを使用する通信システムによって使用される適切な通信パラメータを決定するための方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
セルラー電話システムの成功により需要が高まっている。この需要の高まりを満たすために必要とされる通信帯域幅を提供するために、単一の周波数帯内でいくつかの会話を同時に行うことができる技術が開発されている。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）では、各通信周波数が「時間スロット」に分割され、各時間スロットが別々の会話に使用される。第２の技術は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：code devision multiple access）に依拠して、所与の通信周波数を共用できるユーザの数を増やしている。そのようなシステムでは、各ユーザが、その通信周波数の他のユーザによって使用される符号と直交する、またはほぼ直交する符号で、自身の送信を符号化する。その結果、通信帯域がいくつかの別々のチャネルに分割され、情報を同時に送信することができる。所与の通信周波数を共用できるチャネルの最大数は、各チャネル内の干渉および雑音のレベルに応じて決まる。
【０００３】
各チャネルが経験する干渉および雑音のかなりの部分は、その通信周波数の他のユーザからの送信など地理的に局所化された伝送から生じる。理想的な場合では、チャネルが完全に分離され、したがって、１つのチャネル内の伝送が他のチャネル内に「漏れ」ないはずである。ＣＤＭＡの場合では、チャネル絶縁度は、伝送を符号化するために使用される符号の特性に応じて決まる。互いに「直交する」符号は、互いに漏れないチャネルを実現する。残念ながら、数学的に直交する符号を使用した場合でも、商業的に可能な装置上でこれらの符号を実施すること、および伝播環境の分散特性が、いくらかのチャネル間漏れを引き起こす。その結果、不完全な電子回路と伝播環境が、完全に直交する符号さえも単にほぼ直交する符号に変える。
【０００４】
チャネル間漏れを低減するための一方法は、適応スマート・アンテナ処理を使用して、重要な信号源に対して地理的に明確な場所にある干渉および雑音源を弁別することである。適応スマート・アンテナ処理は、アンテナのアレイを適応信号処理と共に使用し、重要なセルラー・ユーザから地理的に分離されている干渉源からの明らかな信号強度を減少させる一方、そのユーザからの信号を高める。同じ周波数上で異なる符号によって送信している２人のＣＤＭＡユーザを考える。上記のように、各ユーザの信号は、他方のユーザの通信チャネル内に「漏れ」る。十分な距離でユーザが互いに分離され、アンテナ複合体が適応スマート・アンテナ処理を使用している場合には、チャネル間漏れを低減する空間的に選択的な形で送受信するようにセルを構成することができる。そのようなシステムでは、基地局（ＢＳ）が、第１ユーザに信号を送信するときそのユーザにその信号を向けるように、かつ、そのユーザの場所から優先的に信号を受信するようにアンテナ複合体を構成する。送受信パターンもまた、第２ユーザの場所でヌル（ｎｕｌｌ）領域があるように選択される。すなわち、ＢＳが第１ユーザに送信しているときには、第２ユーザの場所で受信される伝送エネルギーが、第１ユーザの場所で受信されるものよりはるかに低い。同様に、ＢＳが第１ユーザをリッスンするように構成されているときは、第２ユーザの明らかな信号強度が著しく減少する。したがって、第２ユーザの信号が第１ユーザのチャネル内に多少漏れた場合でも、第２ユーザの信号の明らかな強度が減少しているため、漏れは強度が著しく減少する。
【０００５】
適応スマート・アンテナ処理の一形態は、線形適応スマート・アンテナ処理と呼ばれる。線形適応スマート・アンテナ処理システムでは、まずアレイ内の各アンテナからの信号が増幅され、位相シフトされる。次いで、セル内の特定の場所からの信号を高める一方、他の場所からの信号を減衰させる「仮想」アンテナによって生成されたように見ることができる信号を形成するために、得られた信号が足し合わされる。増幅率および位相シフトが、仮想アンテナの受信パターンを決定する。同様に、アンテナのそれぞれに加えられる信号から、増幅された、かつ位相シフトされた信号を生成することにより、信号をセル内で局所化された領域に優先的に発することができる。
【０００６】
各ユーザは異なる場所にいる可能性があるため、１組のパラメータが各ユーザに関連付けられる。これらのパラメータは、そのユーザと通信する際に位相シフトおよび増幅率を決定する。このパラメータ・セットは、ＢＳからセルラー・ユーザに通信する際に使用するための位相シフトおよび増幅率の「ダウンリンク」セットと、セルラー・ユーザからＢＳに通信する際に使用するための位相シフトおよび増幅率の「アップリンク」セットとを定義する。一般に、これらのパラメータは、各ユーザについて、そのユーザにとって最良の信号品質が得られるセットのために可能な位相シフトおよび増幅の空間を探索することによって「実験的に」決定することができる。ユーザと干渉源は移動し、環境は時間と共に変化するため、この過程は規則的な間隔で繰り返さなければならない。
【０００７】
ＣＤＭＡを使用するデジタル・セルラー・ユニットにはかなりの投資をする。したがって、セルラー・ユーザが新しい装置を入手することも、既存のセルラー電話をプログラムすることも必要とすることなく、そのようなシステムに適応スマート・アンテナ処理の利益を付加することが有利であろう。理想的には、追加容量を必要とするＢＳだけ、アンテナ・アレイおよび関連する信号処理ハードウェアを導入することによって変える必要があろう。したがって、既存のＣＤＭＡシステムを、組み合わされたＣＤＭＡ−適応スマート・アンテナ処理システムに発展させる方法は、既存のセルラー・ハンドセット内に新しい機能を必要とするべきではない。
【０００８】
セルラー・ユーザから信号を受信するためのアップリンク・パラメータは、セルラー・ユーザを必要とすることなく決定することができる。たとえば、アップリンク・パラメータは、当ユーザにとって最良な受信が得られる位相シフトおよび増幅率のセットを探索することによって、ＢＳ部で決定することができる。ＢＳ部で受信される信号を最適化する位相シフトおよび増幅率を決定するために、いくつかの方法が知られており、したがって、これらの方法についてここでは詳しく論じない。読者は、セルラー・ユーザから信号が到着する方向を使用する方法に基づく、Ｒｏｙ等の「ＳＰＡＴＩＡＬＤＩＶＩＳＩＯＮＭＵＬＴＩＰＬＥＡＣＣＥＳＳＷＩＲＥＬＥＳＳＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国特許第５，５１５，３７８号および第５，６４２，３５３号を参照されたい。Ｂａｒｒａｔｔ等の「ＳＰＥＣＴＲＡＬＬＹＥＦＦＩＣＩＥＮＴＨＩＧＨＣＡＰＡＣＩＴＹＷＩＲＥＬＥＳＳＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の米国特許第５，５９２，４９０号、およびＯｔｔｅｒｓｔｅｎ等の「ＳＰＥＣＴＲＡＬＬＹＥＦＦＩＣＩＥＮＴＨＩＧＨＣＡＰＡＣＩＴＹＷＩＲＥＬＥＳＳＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳＹＳＴＥＭＳＷＩＴＨＳＰＡＴＩＯ−ＴＥＭＰＯＲＡＬＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」という名称の第５，８２８，６５８号は、それぞれ空間的および時空的特徴（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）に基づく方法について述べている。Ｂａｒｒａｔｔ等の「ＭＥＴＨＯＤＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＤＥＣＩＳＩＯＮＤＩＲＥＣＴＥＤＤＥＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮＵＳＩＮＧＡＮＴＥＮＮＡＡＲＲＡＹＳＡＮＤＳＰＡＴＩＡＬＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」という名称の米国特許第５，９０９，４７０号は、判定指向基準信号を基礎とする方法について述べている。これら特許は、参照により本明細書に組み込む。
【０００９】
ＢＳからセルラー・ユーザへの通信が、そのユーザからＢＳへの通信と同じ周波数で行われる場合には、ダウンリンク・パラメータをアップリンク・パラメータから容易に計算することができる。この計算はまた、信号増幅経路内の様々な電子構成部品、およびアンテナの特性に関する較正データを必要とする。残念ながら、ＩＳ−９５規格に従うＣＤＭＡシステムは、各ユーザとのダウンリンク通信とアップリンク通信について異なる周波数を使用する。その結果、最適なダウンリンク・パラメータは一般に、セルラー・ハンドセットがいくらか関係することなく容易に決定することはできない。
【００１０】
一般に、本発明の目的は、適応スマート・アンテナ処理−ＣＤＭＡセルラー電話システムを動作させてダウンリンク信号処理パラメータを決定するための改善された方法を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、新しい機能を既存のＣＤＭＡセルラー・ハンドセットに追加することを必要とすることなく、ダウンリンク信号処理パラメータを決定するための方法を提供することである。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の目的は、以下本発明の詳細な説明および添付の図面から当業者には明らかになろう。
【００１３】
（発明の概要）
本発明は、加入者ユニット（ＳＵ）に情報を伝送するために複数のＢＳを含むセルラー通信システム内で第１基地局（ＢＳ）を動作させる方法である。情報は第１ＢＳからＳＵに送信されるダウンリンク信号内に含まれる。ＢＳはダウンリンク信号をＳＵに送信するために使用されるアンテナのアレイを含む。各アンテナは、ダウンリンク信号を処理することによって、そのアンテナについてアンテナ信号を生成する信号処理回路に結合される。処理は、アンテナのアレイ内の個々のアンテナで送信される個々の信号を生成する際に使用される重みセットに基づく。重みセットは、アンテナのアレイに対するＳＵの場所に基づく。セルラー通信システムは少なくとも１つのプロトコルを含み、ＳＵはその中で、第１ＢＳがパイロット・ダウンリンク信号を送信したときＳＵによって受信される信号品質を表すレポート信号を生成する。本発明の方法は、ＳＵに対応する重みセットを決定するための方法を含む。本発明の方法では、第１ＢＳが複数のパイロット・ダウンリンク信号をＳＵに送信し、各パイロット・ダウンリンク信号は、他のパイロット・ダウンリンク信号を処理するために使用されるものと異なる重みセットで処理される。ＳＵによって生成されるレポート信号は、パイロット・ダウンリンク信号の少なくとも２つについて受信される。重みセットは、受信されたレポート信号の比較に基づいてＳＵに割り当てられる。本発明の一実施態様では、パイロット・ダウンリンク信号のうち第１のものが第１識別子を含み、第２のパイロット・ダウンリンク信号は、前記第１識別子と異なる第２識別子を含む。第１および第２識別子は第１および第２ＢＳを識別する。その際、第２基地局は、第１基地局によって送信され、第２識別子を含むパイロット・ダウンリンク信号が、第２ＢＳと現在通信しているＳＵと第２ＢＳとの間の通信に干渉しないようにするために十分な距離だけ、第１基地局から離れていることが好ましい。また、ハンドオフを重み決定と統合する本発明の実施態様も構築することができる。そのようなシステムでは、ＳＵはまた、第２ＢＳから第３パイロット・ダウンリンク信号を受信する。ＳＵは、第３パイロット・ダウンリンク信号の信号強度を示すレポート信号の１つを生成し、第１ＢＳに送信する。第１ＢＳは、第１、第２、第３パイロット信号についてレポートされた信号強度に基づいて、ＳＵを第２ＢＳにハンドオフするかどうか判定する。本発明の方法は、ＩＳ−９５規格など既存のＣＤＭＡセルラー規格内で実施することができる。
【００１４】
（発明の詳細な説明）
本発明がその優位に立つ様子は、図１を参照すればより容易に理解することができる。図１は、いくつかのセルラー・ユーザと通信するためにアンテナ・アレイ１１１を使用するＢＳの信号処理部分１１０のブロック図である。例示的なユーザを１０１および１０２で示す。アンテナからの信号は、ＲＦ受信回路１１２に結合される。「スイッチ」１３２は、アンテナを受信回路１１２に接続するか、それとも送信回路１２２に接続するかを決定する。ＲＦ受信回路１１２は、アレイ１１１内の各アンテナからのＲＦ信号をアップリンクＲＦ周波数からダウンコンバートし、ベースバンド信号をデジタル化して、各アンテナに受信信号プロセッサ１１３に同相および直角位相信号を提供し、これらの値をメモリ内に記憶する。以下の考察では、ｉ番目のアンテナについて時間ｔでデジタル化された同相信号はＩ_ｉ（ｔ）で表し、直角位相信号はＱ_ｉ（ｔ）で表す。ベースバンド信号は、通常、オーバー・サンプリングして、デジタル化によって導入される誤りが全体的な誤り率に著しく寄与しないようにする。
【００１５】
上記のように、受信信号プロセッサは、各ユーザについて、そのユーザによって送信される信号をできるだけ多くの利得と共に最適に回復する一方、他のユーザおよび干渉をできるだけ拒絶する仮想信号を構築するプロセッサと見ることができる。受信信号プロセッサは、アンテナそれぞれからの信号の重み付けされた総和を形成することによって各仮想信号を生成する。以下の考察で記法を単純化するために、時間ｔでｉ番目のアンテナからの信号をｚ_ｉ（ｔ）＝Ｉ_ｉ（ｔ）＋ｊＱ_ｉ（ｔ）で表す。ここでｚ_ｉ（ｔ）は、時間ｔでｉ番目のアンテナから生成された同相および直角位相信号、それぞれＩ_ｉ（ｔ）およびＱ_ｉ（ｔ）から構築される複素関数である。時間ｔでｎ番目のユーザについて構築される受信信号は、
【数１】

によって得られる。ここで、係数^ＲＷ_ｎ，ｉは１組の複素受信重みであり、Ｍはアレイ内のアンテナの数である。各重みは、アンテナ信号の１つに加えられる増幅率および位相シフトに等しい。
【００１６】
上記のように、受信信号プロセッサは、受信重みを計算して、ユーザそれぞれの受信を最適化する。一般に、各ユーザの場所は時間と共に変化し、背景の干渉源も同様であるため、重みは定期的に再計算しなければならない。
【００１７】
送信過程は、受信過程と同様である。個々の音声／データ信号は、各アンテナ要素に送られる信号を生成する送信信号プロセッサ１２３に入力される。時間ｔでｍ番目のアンテナ信号は、
【数２】

によって得られる。ここで、係数^ＴＷ_ｍ，ｎは１組の複素送信重みであり、^ＴＳ_ｎ（ｔ）は、時間ｔでｎ番目のユーザに送信される信号である。Ｎ’は、発信チャネルの数を表す。一般に、信号を受信すべきＳＵ当たり１つのそのようなチャネルがある。さらに、以下で論じるパイロット・チャネルなど他のチャネルがある可能性がある。次いで、アンテナ信号はダウンリンクＲＦ周波数にアップ変換され、アンテナ・アレイ１１１から送信される。
【００１８】
上記のように、最適な伝送重み行列は、アップリンクＲＦ周波数とダウンリンクＲＦ周波数が異なる場合、ユーザについてその組の受信重みから容易に計算することができない。本発明では、所与のユーザの光伝送重みは、フィードバック機構を使用して得る。ＢＳは、候補重みの様々なセットについて試み、ユーザから、そのユーザによって受信された信号の品質に関するフィードバックを得る。ＩＳ−９５ＣＤＭＡ規格とそのより新しい修正に従うセルラー・システムでは、本発明は、ユーザによって使用されている装置に変更を加えることを必要とする新しいプロトコルを導入することなく、重みを検査し、フィードバックを受け取るための機構を提供する。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態は、ハンドオフを行う際にＢＳを支援するためにセットアップされるフィードバック機構を使用する。上記規格に従うセルラーＣＤＭＡシステムは、電力制御およびハンドオフなどの動作のためにＳＵフィードバックを使用する。ＳＵが新しいＢＳから適切な信号を受信しているようになるまで、ＳＵを新しいＢＳにハンドオフすることができない。したがって、ＢＳがハンドオフ判断をする際に支援するために、ＳＵが、各ＢＳから受信している信号強度または信号品質をレポートするためのプロトコルが確立された。
【００２０】
これらの機構は、所定のパイロット・チャネル上で送信される信号を使用する。たとえば、ＩＳ−９５ＣＤＭＡ規格では、ＢＳが各活性な搬送波上で常にパイロット・チャネルを送信する。ＣＤＭＡ方式内でパイロット・チャネルを実施するために使用される符号は、ＢＳを一義的に識別するＰＮシーケンス内に時間オフセットを投入することにより、長いパイロット擬似雑音（ＰＮ）から生成される。
【００２１】
上記のように、ＣＤＭＡシステム内のハンドオフは、一般にＳＵによって支援される。ＳＵは、１つまたは複数のＢＳの信号品質を測定し、これらの測定値を、現在通信しているＢＳに測定値を報告することができる。信号品質の可能な測定は数多い。本発明は、信号品質測定の特定の選択に基づかない。当業者に周知の信号品質測定の例は、雑音プラス干渉スペクトル密度で除した１ビット当たりエネルギー（Ｅｂ／Ｎ０）、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）、信号対干渉電力比（ＳＩＮＲ）、ビット誤り率を含む。ＳＵ測定および測定レポートは、自律的に、またはＢＳの要求で行うことができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態は、通常所与のＢＳに関連しないパイロットを使用して、そのＢＳ部で最適な伝送重みを決定するために必要なフィードバックを提供することにより、新しい形で既存のＳＵフィードバック機能を使用する。以下の考察を単純化するために、本発明について、ＩＳ−９５ＣＤＭＡエア・インターフェース規格を使用する実施の点から述べる。以下の考察から当業者には、本発明の教示から逸脱することなく、他の標準フィードバック・プロトコルを使用することもできることが明らかになろう。
【００２３】
上述の規格は、パイロット測定要求命令メッセージ（ＰＭＲＯＭ）と呼ばれるプロトコルを実施する。ＢＳがパイロット・チャネル上でＰＭＲＯＭを送信したとき、ＳＵは、そのＳＵ部で測定された、ＰＭＲＯＭ内で識別されるパイロット・チャネルの信号強度の測定値を含むパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）で応答する。本発明では、各アンテナについて振幅および位相成分からなる伝送重みの特定セットを使用して、当パイロット・チャネル上でＢＳ信号を送信する。これら重みは、ＳＵにその測定を完了させるために十分な時間の間、維持しなければならない。図１を再度参照すると、ＢＳは、アンテナ・アレイ内のアンテナそれぞれに供給されるパイロット信号を生成するパイロット信号プロセッサ１４１を含むことが好ましい。次いで、通信しているＳＵは、伝送重みプロセッサ１４２によって受信されるパイロット強度測定メッセージ（ＰＳＭＭ）で応答する。ＢＳは、通信しているＳＵからのＰＳＭＭに注目し、次いで異なるセットの伝送重みでＰＭＲＯＭを繰り返す。ＢＳはまた、同じ伝送重みセットで複数のＰＭＲＯＭを送信し、信号品質または信号強度測定の時間平均を得ることができる。好ましくは、ＢＳは伝送重みの検査セットすべてを循環するが、ＢＳは、部分的な重みセットに基づいて判断することもできる。ＢＳは、伝送重みの検査セットすべてを循環し、通信しているＳＵすべてから測定情報を受信した後で、ＢＳから各ＳＵに信号を送信するために最良な伝送重みを決定する。ＢＳは、この最適化手順中に、他の情報、すなわち音声および／またはデータを適切なチャネルで各ユーザに送信していることに留意されたい。これらの送信に使用される重みは、各ユーザに対応する重みセットにとって最良の現行推定値であることが好ましい。したがって、本発明の好ましい実施形態では、候補重みセットのセット全体を調べるまで待つのではなく、候補重みセットがユーザの現行重みセットより良好であると判明するたびに、直ちに現行重みセットを更新する。
【００２４】
次いで、この最適化手順全体が規定された間隔で繰り返される。間隔時間は、一般にシステム内の環境変動の度合いに応じて決まる。この手順は、ＳＵが移動していないＣＤＭＡシステム内より移動度の高いＣＤＭＡシステム内で頻繁に繰り返される。ＩＳ−９５規格は、ＳＵが０．２秒以内にＰＳＭＭでＰＭＲＯＭに応答することを保証する。
【００２５】
再計算間隔が短い環境では、いくつかの重みセットを同時に検査するシステムが好ましい。複数の重みセットを同時に検査することができる実施形態は、ＢＳ間または同じＢＳ内のセクタ間でハンドオフを実施するために通常使用される機構を使用することによって構築することができる。
【００２６】
各ＢＳは、そのＢＳに関連するパイロット符号によって定義されるパイロット・チャネルを有する。ＳＵは、パイロット・チャネルのいくつかの異なるセットを監視する。ＩＳ−９５規格によれば、ＳＵは、活性セット（ＡｃｔｉｖｅＳｅｔ）、候補セット（ＣａｎｄｉｄａｔｅＳｅｔ）、隣接セット（ＮｅｉｇｈｂｏｒＳｅｔ）、残りのセット（ＲｅｍａｉｎｉｎｇＳｅｔ）の４セットのパイロット・チャネルを監視する。
【００２７】
活性セットは、ＳＵに割り当てられたフォワード・トラフィック・チャネルに関連する１つまたは複数のパイロット・チャネルからなる。活性セット内の各パイロット・チャネルは、ＳＵが活発に通信しているＢＳに対応する。通常、パイロット・チャネルが活性セット内に１つだけあるが、ハンドオフ中に追加のパイロット・チャネルが活性セット内にある可能性がある。ＩＳ−９５規格に従うシステムでは、最初にフォワード・トラフィック・チャネルがＳＵに割り当てられ、活性セットが、そのフォワード・チャネルに関連するパイロットだけを含むように初期化される。その後、活性セット内のパイロット・チャネルは、活性セット内に現在あるＢＳからのメッセージ内に定義される。
【００２８】
候補セットは、十分な強度でＳＵによって受信されるパイロットに対応し、関連付けられたフォワード・トラフィック・チャネルの受信に成功する可能性のあることを示す。ＩＳ−９５規格によれば、ＳＵが、現行の活性セット内でパイロットをリストしないハンドオフ方向メッセージ（ＨＤＭ）を処理し、かつそのパイロット用のハンドオフ・ドロップ・タイマが終了していない場合、ＳＵがそのパイロットを候補セットに追加する。したがって、現行のＢＳは、ＢＳとＳＵの間の現行の通信を中断することなく、かつ新しいプロトコルをＳＵに追加することを必要とすることなく、従来のハンドオフ・メッセージを使用して候補パイロットをＳＵ内に載せることができる。
【００２９】
隣接セットは、現在、活性セット内にも候補セット内にもないが、ハンドオフの候補になる可能性があるパイロットに対応する。このセットはまた、活性セット内のものと異なるパイロット符号を使用する。現行のＣＤＭＡ搬送波上でＢＳと通信している他のパイロットはすべて残りのセット内にあり、これもまたＳＵによって維持される。
【００３０】
正常動作中、ＳＵは、２つのイベントのうち１つが発生した場合にＰＳＭＭを自律的に送信する。第１のイベントは、候補セット・パイロット、隣接セット・パイロット、残りのセット・パイロットの強度が規定された閾値を超え、最後のＨＤＭがＢＳから受信されて以来この情報をレポートするＰＳＭＭが送信されなかったとき発生する。第２のイベントは、強度で候補セット・パイロットが活性セット・パイロットを超えたとき起動する。正常動作中、第１のイベントは、ＳＵが、ハンドオフで移される可能性のある第２ＢＳの範囲内に移動したとき発生する可能性がある。第２のイベントは、候補パイロットが、それに関連するＢＳが現行のＢＳより活性ＢＳとして良好な選択である可能性があることを示すとき発生する。通常、現行のＢＳはこれらの条件を使用してハンドオフを管理する。
【００３１】
本発明は、ＩＳ−９５に定義されているパイロット符号のほうが通常、現在ＳＵによって使用されているものより多いという所見を利用する。ＩＳ−９５規格は５１２個のパイロットを定義する。しかし、ＳＵが５１２個のパイロットの範囲内にあることはまれである。ＳＵの範囲外にあるＢＳによって使用されるパイロット・チャネルと、システム内でＢＳによって現在使用されていない現行のＢＳまたはパイロット・チャネルとを考える。現行のＢＳは、他のＢＳの動作と干渉することなくこれらパイロット・チャネルを使用することができる。以下の考察を単純化するために、これらのパイロットを「テスト・パイロット」と称する。したがって、現行のＢＳは、これらテスト・パイロットを候補セットのメンバとして、または上述した他のセットの１つとして定義するＳＵにＨＤＭメッセージを送信することによって重みセットを試験するために、これらテスト・パイロットを使用することができる。次いで、ＳＵは、テスト・パイロットを、その近くにあると考えるＢＳからのパイロットとして扱う。というのは、ＳＵは、ＢＳに関連するパイロット符号を受信することによる以外に、そのＢＳが実際に存在するか否か判定する方法がないためである。
【００３２】
本発明のこの実施形態では、異なる重みを使用して、候補セット、隣接セット、または残りのセット・パイロット内の異なるテスト・パイロットを送信する。１組の重みを使用して、上述した２つのイベントの１つを満たすテスト・パイロット信号を送信するとき、ＳＵは、そのテスト・パイロットに対するＰＳＭＭを送信し、したがって、対応する重みセットに対応する信号強度をＢＳに伝える。ＳＵによってレポートされたＰＳＭＭに基づいて、ＢＳは、そのＳＵに情報をダウンリンクするのに使用するために、最良の伝送重みセットを選択する。
【００３３】
本発明の上述の実施形態は、ハンドオフ判断を重み決定過程と統合するための機構を提供することにもまた留意されたい。本発明によるＢＳでは、最良の重みセットを使用して現行のＢＳのパイロットを送信するとき、近くのＢＳに対応する候補セット内のパイロットが、現行のＢＳのためのパイロットより良好に受信される場合にＳＵがハンドオフしようとする。したがって、テスト・パイロット上で可能な重みセットがすべて使用され、テスト・パイロットに関連する最良の信号が、異なるＢＳ部で発せられるパイロット信号のものより劣る場合に、ハンドオフが示される。最良に受信されたテスト・パイロットが本当のパイロット信号より良好な場合には、最良のテスト・パイロットに関連する重みが、現行のＢＳのパイロットのものを含むダウンリンク伝送に加えられる。この場合、他の本当のパイロットは、活性セット内のパイロットより強い信号を呈することはなく、通信は現行のＢＳと続行する。したがって、本発明は、通常のハンドオフ手順と完全に適合し、通常のハンドオフと干渉しない。
【００３４】
隣接するＢＳもまた本発明によるＢＳである場合は、そのＢＳが影響する領域内のＳＵに関して判定を行うために、そのＢＳがそのパイロット・チャネル上で様々な重みセットを循環することに留意されたい。したがって、現行のＢＳと通信するＳＵは、隣接するＢＳに対応するいくつかのパイロット信号を実際に測定する。これらパイロットのそれぞれはまた、そのＳＵと通信するために隣接するＢＳ内で使用することができる重みセットに対応する。これらの１つがそのＢＳからの現行の最良のパイロットより良好であるとき、ハンドオフが示される。最良の信号を送信するパイロットの同一性は、ハンドオフのためのＢＳ同一性と、ハンドオフ後に使用されるそのＢＳ内で最良の重みセットの推定値とを提供する。
【００３５】
いくつかの環境では、電力を下げてテスト・パイロットを送信し、重み検査によって消費される電力を、あるいはテスト・パイロットによって生成される干渉を低減することが有利である。そのようなシステムでは、テスト・パイロット受信強度が上述した条件を満たすのに不十分となるため、ＳＵはＰＳＭＭを自動送信することができない。そのような実施形態では、ＢＳがＰＭＲＯＭを発行することによってＳＵにＰＳＭＭを明確に要求する。
【００３６】
容量を増やすために現行のセルラー・システムで使用されている１つの技法は、セルをセクタに分割することである。各セクタは別々のセルと見て、ハンドオフをセクタ間で行うことができる。したがって、本明細書では、用語「基地局」が１つのＢＳを有するセクタを含むものと考える。いくつかのＣＤＭＡシステムは、「ソフト・ハンドオフ」と呼ばれる機能をサポートし、旧ＢＳとの通信を中断することなく、ＳＵが新しいＢＳと通信を開始する。「ソフター・ハンドオフ」と呼ばれる関連機能もあり、ＳＵは、あるセクタから別のセクタに接続を切り替えながら、同じＢＳのいくつかのセクタと同時に通信する。これらのハンドオフ・プロトコルは、かなりの量の制御チャネル帯域幅を必要とする。各ユーザが異なる重みセットでアドレスされるアンテナ・アレイの使用は、ソフトおよびソフター・ハンドオフの周波数を減らす。その結果、制御チャネル帯域幅が自由になる。この追加帯域幅を使用して、重み決定およびハンドオフのために統合されたシグナリングを行うことができる。
【００３７】
シグナリングを行うために使用可能な制御チャネル帯域幅の量と、ダウンリンク重み決定との間の工学的兼ね合いを管理する本発明の実施形態もまた構築することができる。制御チャネル帯域幅が豊富にある場合には、ロング・リストのテスト・パイロットを使用し、指向性の高い放射パターンを発生するように各テスト・パイロットについて伝送重みを選択することができる。そのように指向性の高いパターンは、ダウンリンク・アンテナの電力利得を最大化する傾向がある。それに対して、制御チャネル帯域幅が不足している場合には、ショート・リストのテスト・パイロットを使用し、比較的広い放射パターンを発生するように各テスト・パイロットについて伝送重みを選択することができる。広い放射パターンは、比較的電力利得が低くなるが、その性能はまた、ＳＵの移動、ならびに環境およびＳＵの場所の変化に対して感応性がはるかに低くなる。その結果、広い放射パターンを使用した場合のフィードバック更新率は、性能に察知可能な変化を伴うことなくはるかに低くすることができ、制御チャネル上の負荷が減少する。
【００３８】
組合せプロトコルを介したＳＵフィードバックおよび適応重み決定の組合せはまた、セクタ化または切換ビーム・システムで不可能な高いダウンリンク指向性利得を達成するために時間的な反復技法を可能にする。最初に、ショート・リストのテスト・パイロットを使用し、比較的広い放射パターンを発生するように各テスト・パイロットについて伝送重みを選択する。最初に広い放射パターンと共にテスト・パイロットの小さいセットを使用することにより、最良のテスト・パイロットのための候補を迅速に決定することができる。これら広いパターンのどれが最良であるか識別されたとき、次いで、最大利得を生む伝送重みが決定されるまで、連続的に指向性のますます高まる放射パターンに対応する重みを有する候補の新しいセットを使用する。
【００３９】
本発明において、候補として使用することができる重みセットを生成するように適合される可能性のある特定の方法が、Ｇｏｌｄｂｕｒｇの「ＲＡＤＩＯＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮＦＲＯＭＡＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳＴＡＴＩＯＮＷＩＴＨＡＮＡＮＴＥＮＮＡＡＲＲＡＹＴＯＰＲＯＶＩＤＥＡＤＥＳＩＲＡＢＬＥＲＡＤＩＡＴＩＯＮＰＡＴＴＥＲＮ」という名称の米国特許出願第０８／９８８，５１９号、およびＢａｒｒａｔｔ等の「ＤＯＷＮＬＩＮＫＢＲＯＡＤＣＡＳＴＩＮＧＢＹＳＥＱＵＥＮＴＩＡＬＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮＳＦＲＯＭＡＣＯＭＭＵＮＩＣＡＩＴＯＮＳＴＡＴＩＯＮＨＡＶＩＮＧＡＮＡＮＴＥＮＮＡＡＲＲＡＹ」という名称の米国特許出願第０９／０２０，６１９号に教示されている。これら特許出願は、参照により本明細書に組み込む。
【００４０】
上述した本発明の実施形態は、ユーザに対して両方向で通信するために適応スマート・アンテナ処理を使用した。しかし、前述の考察から当業者には、本発明が、ダウンリンク方向だけで適応スマート・アンテナ処理を実施したシステムで実施することもできることが明らかになろう。
【００４１】
本発明の上述の実施形態は、純粋に「空間的」な処理の点から述べた。すなわち、式（１）および（２）に従って時間ｔについて生成される信号値は、特定の時間ｔでの信号に応じて決まるだけである。ＳＵによって生成される信号が、様々な経路を介して基地局に到達する信号環境を考える。たとえば、そのＳＵによって放射された信号の第１の部分が、ＳＵと基地局の間の直接経路に沿ってＢＳに到達する可能性がある一方、信号の第２の部分は、異なる方向で移動し、次いで建物など物体で跳ね返ることによってＢＳに到達する。一般に、異なる経路は著しく異なる経路長を有し、したがって、その経路の１つに沿って到着する信号は、直接経路によって到着する信号に比べて遅れる。理想的には、ＢＳが、ＳＵから受信した電力を高めるように、これら２つの信号を組み合わせることが好ましいであろう。そのために、ＢＳは、異なる時間から信号値を組み合わせなければならない。このタイプの時間的処理もまた、本発明で実施することができる。時空的処理を提供するシステムでは、上述した式（１）および（２）が、それぞれ次のとおり一般化される。
【数３】

および
【数４】

ここで、３次元重みセット^ＲＷ_{ｍ，ｉ，ｊ}および^ＴＷ_{ｍ，ｎ，ｊ}は、各ユーザについて決定しなければならない重みセットである。Ｋ_１〜Ｋ_４の値は、時間的処理の特定の実施に応じて決まる。式（３）および（４）は、式（１）および（２）より多少複雑であり、決定される重みの数が著しく多いが、基礎となる重みセット決定過程は、実質的に同じである。ここで、ｋが整数であるｔ_ｋは、アンテナ信号が測定または生成される別個の時間を表す。したがって、本発明は、これらの重みを決定するためにも使用することができることを理解されたい。
【００４２】
本発明の上述の実施形態は、線形適応スマート・アンテナ処理を使用する。すなわち、決定されるパラメータは、信号値を組み合わせる際に使用される単純な重みである。しかし、前述の考察から当業者には、本発明が、信号品質に影響する最適化パラメータをＳＵからのフィードバックによって決定するべきである状況で適用することができることは自明であろう。したがって、本明細書では、用語「重みセット」が、アップリンク方向でＳＵによって送信される信号を示す信号を提供するように、アンテナ信号を組み合わせる際に使用される処理パラメータ、またはアンテナのアレイの形にある様々なアンテナ上で送信される信号を生成するため、ＳＵに送信される信号を処理するために使用されるパラメータを含むものと考える。
【００４３】
上述した本発明の実施形態は、特定のＣＤＭＡシステムで実施されるプロトコルを使用した。しかし、前述の考察から当業者には、本発明は、関連する伝送周波数上で信号が送信され、ＳＵが、所定の周波数上でＳＵによって測定された信号品質の測定値で応答するコマンドを定義するどんなシステムでも実施することができることは自明であろう。したがって、パイロット信号という用語は、その品質がＢＳによって測定およびレポートされるどんな信号をも含むものと考える。
【００４４】
当業者には、前述の説明および添付図面から本発明に対する様々な修正が明らかになろう。したがって、本発明は、以下特許請求の範囲によってのみ限定すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】いくつかのセルラー・ユーザと通信するためにアンテナ・アレイを使用するＢＳの信号処理部分のブロック図である。

Claims

加入者ユニット（ＳＵ）に情報を伝送するための複数の基地局（ＢＳ）を含むセルラー通信システム内で使用される重みセットの検査方法であって、
前記情報は第１基地局（第１ＢＳ）から送信されるダウンリンク信号内に含まれているものであり、
前記第１ＢＳはアンテナ信号を生成する信号処理回路に結合したアンテナのアレイを含んでおり、
前記信号処理回路は前記アンテナのアレイ内の個々のアンテナ上で送信される個々の信号を生成するために重みセットを用いるものであり、
前記重みセットは前記アンテナのアレイに対する前記ＳＵの場所に依存しており、
前記方法は、
前記第１ＢＳがパイロット・ダウンリンク信号を前記ＳＵに送信したとき前記ＳＵがそのパイロット・ダウンリンク信号の信号品質を測定することによってそのパイロット・ダウンリンク信号の重みセットの検査を行うとともに、その検査結果である信号品質を表すレポート信号を生成して前記第１ＢＳに送り、
前記第１ＢＳがその品質レポートに基づいて前記ＳＵに対する重みセットを決定する、
ことを含み、
さらに、前記方法は、
前記第１ＢＳから前記ＳＵに複数のパイロット・ダウンリンク信号であって、各パイロット・ダウンリンク信号は他のパイロット・ダウンリンク信号と異なる重みセットで処理されている複数のパイロット・ダウンリンク信号を送信するステップと、
前記ＳＵが前記複数のパイロット・ダウンリンク信号の信号品質を測定することによって該複数のパイロット・ダウンリンク信号の複数の重みセットを検査するステップと
を含み、
前記第１ＢＳから送信される複数のパイロット・ダウンリンク信号が、前記ＳＵの範囲外にある少なくとも一つのパイロット・チャネルを含む方法。
前記複数のパイロット・ダウンリンク信号のうち第１のものが第１識別子を含む請求項１に記載の方法。
前記複数のパイロット・ダウンリンク信号のうち第２のものが、前記第１識別子と異なる第２識別子を含む請求項２に記載の方法。
前記第１および第２識別子が第１および第２ＢＳを識別し、前記第１ＢＳによって送信され、前記第２識別子を含む前記パイロット・ダウンリンク信号が、前記第２ＢＳと現在通信しているＳＵとの間の通信に干渉しないようにするために十分な距離だけ、前記第２ＢＳは前記第１ＢＳから離れている請求項３に記載の方法。
前記第１パイロット・ダウンリンク信号が第１ＢＳを識別し、前記ＳＵはまた、第２ＢＳから第３パイロット・ダウンリンク信号を受信し、前記ＳＵが、前記第３パイロット・ダウンリンク信号の信号強度を示す前記レポート信号の１つを生成し、第１ＢＳに送信し、前記第１ＢＳが、前記第１、第２、第３パイロット信号についてレポートされた前記信号強度に基づいて、前記ＳＵを前記第２ＢＳにハンドオフするかどうか判定する請求項３に記載の方法。
前記セルラー通信が、前記第１ＢＳによって前記ＳＵに送信されるメッセージ内に定義された１組のパイロット・ダウンリンク信号内の複数のパイロット・ダウンリンク信号のそれぞれを各ＳＵが自動監視するセルラー規格に従い、前記ＳＵが、前記１組のパイロット信号内の前記パイロット・ダウンリンク信号の１つが閾値を超える信号品質を有すると決定したとき、前記ＳＵが前記レポート・メッセージの１つを生成し、前記レポート・メッセージが前記パイロット・ダウンリンク信号を識別する請求項３に記載の方法。
前記セルラー規格がＩＳ−９５であり、前記１組のパイロット・ダウンリンク信号が、その規格内に定義された前記候補セット、隣接セット、残りのセットの１つを含む請求項６に記載の方法。