JP3266258B2 - 空間分割多重アクセス無線通信システム - Google Patents

空間分割多重アクセス無線通信システム

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、全般的に、多重アクセス無線情報通信ネッ
トワークに関し、特に、割当周波数スペクトルの増加な
しで非固定環境でフルデュープレックスの能力を有する
空間的に指向性を有するリンクを構成することにより、
無線ネットワークに於て通信チャンネルの数及び質を大
幅に増加するために、空間的に分布したセンサアレーに
より収集された情報を利用するための方法と装置に関す
る。
背 景 無線通信システムは、ここではベースステーションと
呼称される、一つ以上の地域中央局を一般に含み、それ
により無線送受信器がより大きい情報ネットワークにア
クセスできる。ベースステーションは、固定又は移動の
多数の無線ユーザが配置されるローカルエリアにサービ
スを提供している。ベースステーションの機能は、ネッ
トワーク全体のユーザへの、またユーザからのメッセー
ジを中継することである。セルラー移動システムでは、
例えば、この仕事は、自動車電話交換局（Mobile Telep
hone Switching Office:MTSO）へメッセージを中継し、
また自動車電話交換局から信号を受信することによって
実行される。無線ユーザは、ローカルベースステーショ
ンを通じてネットワークに対するアクセスを要求するこ
とによって、ネットワークにアクセスを有す一つ以上の
他のユーザとの間に双方向（フルデュープレックス）通
信リンクを構成する。この通信は、セルラー移動通信及
び無線ローカルエリアコンピュータネットワーク（LA
N）に於て、例えば、適当に電磁波を変調することによ
って実現できる。
従来の無線通信システムに於ては、ユーザは、異なっ
た周波数チャンネルで信号を送信し、同じ周波数に於て
は異なった符号化法を使用し、または信号が正しく受信
されるために、非重複時間間隔で送信する必要があっ
た。本発明の一つの特徴の一つは、同じ周波数、符号、
時間チャンネルにある多重メッセージを、これらメッセ
ージが異なった空間チャンネルにあるということを利用
して、分離する方法と装置を提示している。以後、この
チャンネルという用語は、従来のチャンネル（周波数、
時間、符号）のいずれか、またはこれらの組み合わせの
いずれかを示すのに使用される。空間チャンネルという
用語は、本発明に独自の新規な概念である。
無線通信は、ますます、通信の一般化した形となって
（デー・グッドマン、“セルラー及びコードレス通信"I
EEE通信マガジン、1991年６月号）（D.Goodman,“Trend
in Cellular and Cordless Communications,"IEEE Com
munications Magazine,June 1991）、そのサービスに対
する需要は、増加する一方である。例としては、セルラ
ー移動通信ネットワーク、無線ローカルエリアコンピュ
ータネットワーク、無線電話ネットワーク、コードレス
電話、衛生通信ネットワーク、無線ケーブルTV、マルチ
ユーザページングシステム、高周波（HF）モーデム等が
ある。これらシステムの実現状況は、実現の問題によ
り、または、よくあるケースであるが、政府の規制によ
り限られた周波数帯域に押し込まれている。これらのシ
ステムの容量の限界に達しているので、更なるサービス
に対する需要を満たすためには、割り当てられたスペク
トルを有効に使用するための努力と共に、特定の利用分
野に対してより広い周波数スペクトルを割り当てなけれ
ばならない。情報の伝送は、帯域幅が必要であるという
基本物理原則を考慮すれば、現実的に使用可能なスペク
トルが有限の量であるという基本的制約は、無線情報伝
送に対する指数関数的な増加を満足させるには、基本的
な障害となる。この10年間で実証されたように、現実に
使用可能な周波数スペクトルの量は、需要に追い付か
ず、情報伝送のためのそのようなシステムの能力を向上
させるための新技術に対する切実な必要性がある（デー
・グッドマン、前出論文、及びジー・カルホーン、デジ
タルセルラー無線、アーテックハウス、1988）（D.Good
man,op.cit.,G.Calhoun,Digital Cellular Radio,Artec
h House 1988）。本発明は、直接に、この必要性を取り
扱い、現在は、もちろん将来の変調方法及び標準とも整
合性を有す（デー・グッドマン、“第二世代無線情報ネ
ットワーク"IEEE移動体技術紀要、巻40、No.2、1991年
５月）（D.Goodman,“Second Generation Wireless Inf
ormation Networks"、IEEE Trans.on Veh.Tech.,Vol.4
0,No.2,May 1991）。
従来の無線通信システムでは、ベースステーション
は、異なった多重アクセス手法を使用して多数のチャン
ネルにサービスを提供していて、この最も標準的なもの
は、周波数分割多重アクセス（FDMA）、時分割多重アク
セス（TDMA）及びもっと最近では、符号分割多重アクセ
ス（CDMA）がある。全ての現在のシステムは、FDMAを使
用し、FDMAでは、利用可能な周波数帯域幅は、複数の周
波数チャンネルにスライスされ、信号は同時に送信さ
れ、ある瞬間で、チャンネル当たり最大の信号は一つで
ある。全ての無線システムは、また、TDMAを用いてい
て、この技術は、一人のユーザが割り当てられたチャン
ネルをもはや必要としなくなったとき、ほかのユーザに
そのチャンネルが再割当されるという意味で、複数のユ
ーザが、異なった時間で共通の周波数チャンネルを共用
している。
従来の無線通信システムでは、TDMAは、また、より細
かいレベル利用されている。音声データのようなアナロ
グデータがデジタル化され、圧縮され、割当られた周波
数チャンネルで、割り当てられた時間スロットで、バー
スト送信される。利用可能な時間スロットに於て複数の
ユーザをインタリーブして、システムの容量（即ち、同
時ユーザの数）の拡大を達成している。現在のアナログ
ユニットは、この技術を利用できる能力がないので、こ
れは、ベースステーションの受信ハードウェアで及び移
動体ユニット自身でも大幅な変更を必要とする。従っ
て、新規のデジタル伝送及び従来のアナログ伝送の両方
をサポートする二重モード規格が採択されねばならなか
った。
CDMAは、符号化変調手法を使用して、複数のユーザが
共通の周波数チャンネルを共有することを可能としてい
る。この技術は、送信する信号をデジタル化することに
より信号を前処理し、広帯域符号化パルス列を変調し、
変調された符号化信号を割り当てられたチャンネルで送
信することを必要とする。複数のユーザが、受信機にて
復号化が検出するようにプログラムされている個別コー
ドを与えられる。適当な設計により、そのようなシステ
ムのユーザの数は、従来の無線通信システムでも拡大可
能である。理論的には確かでも、技術は、まだ実証され
ていない。この方法には実際の問題もあり、その最も重
大なものは、無線送信機の正確で素早い電力制御であ
る。そのような問題は、無線通信ネットワークでのCDMA
の有効性を損なう。CDMAが生き残るとすると、ここで論
じるSDMAの概念は、システムの容量及びシステムの性能
を更に拡大するために直接適応できる。
以上述べた技術は、増加する信号の数を固定幅の周波数
チャンネルにより効率よく詰め込むための種々の努力の
結果と言える。これらの技術は、チャンネルを構成する
とき、空間の次元を利用してはいない。従来の手法に加
えて、空間次元がいかにして、通信リンクの品質を大幅
に改善し、必要送信電力を低減し、最も重要なことに
は、周波数チャンネルの割当増加をせずにベースステー
ションがサービスを提供できるチャンネルの数を拡大す
るかを、本発明は説明している。この技術を、以後、空
間分割多重アクセス（Spatial−Division Multiple Acc
ess:SDMA）と呼ぶ。
従来の無線通信システムでは、空間次元の利用は、空
間ダイバーシティ及びセクタ化と言われるものに限定さ
れていた。移動ステムに最も一般的に関係する空間ダイ
バーシティでは、二つのアンテナが受信のみ使用され、
関係する帯域幅中で最も強い信号を得る方が更なる処理
のために選択されるか、又は二つの出力を結合するある
方法が適応される（ピー・バラバン及びジェイ・サル
ツ、“デジタルセルラーモービル無線に於ける二重ダイ
バーシティの結合及び等化"IEEE移動体技術紀要巻40、N
o.2、1991年５月）（P.Balaban and J.Salz,“Dual Div
ersity Combining and Equalization in Digital Cellu
lar Mobile Radio",IEEE Trans.on Veh.Tech.,Vol.40,N
o.2,May 1991）。これは、受信信号の多少の品質の改良
をもたらすが、システムの容量の増加はない。
セルラーシステムの容量を拡大するためには、サービ
ス提供者は、より多くのユーザがシステムにアクセスで
きるように各局でカバーされるエリアを縮小するため
に、より多くのセルサイトを設置してきた。送信機から
受信機が空間で離れれば離れるほど電力は急激に減衰す
るので、十分に遠く離れた信号は、ローカルのソースに
干渉しないとの考えである。容量を拡大することの直接
的な手法は、しかし、必要なセルサイトのハードウェア
がセルサイトの数に比例するので、非常に経費がかさ
み、セルサイトの数は、各セルの有効半径が低減する因
子の二乗に逆比例する。事実、現状に於ける経済性によ
り、新規セルサイトの建設を考える前に、貴重な周波数
スペクトルをサービス提供者が要求するようになってい
る（ジー・カルホーン、デジタルセルラー無線、アーテ
ックハウス、1988）（G.Calhoun,Digital Cellular Rad
io,Artech House 1988）。更に、この手法は、セルがよ
り小さいとユーザがセルを出たり入ったりする頻度がよ
り高くなるので、更に説明するように受け渡し問題を非
常に悪化させる。
セクタ分割は、その意図は同じであり、各セルにより
サービスを提供されるローカルエリアを基本構成するこ
とにより、従ってネットワークにより多くのセルを加え
ることによって、容量を拡大するためのもう一つの従来
技術である。これは、指向性アンテナを使用し、即ち、
移動体送信を受信するセルサイトの受信アンテナが特定
のセクタのみであるようなアンテナを使用し、共通の同
じ区域で実現される。この基本セルラー概念に関する特
許は、少し名前を挙げただけで、1977年にモトローラ社
に与えられた（ビー・グラチアーノ、“セルラーRF通信
システム用のアンテナアレー”、米国特許第4,128,74
0、13/1977,U.S.C1,179−2EB）（V.Graziano,“Anntena
Array for a Cellular RF Communications System,"U.
S.Patent 4,128,740,13/1977,C1.179−2EB）、1985年に
ハリス社（エム・バーネス、“セルラー自動車電話シス
テム及び方法”、米国特許第4,829,554 55/1985、Ｕ
S.C1,379−58（M.Barnes,“Cellular Mobile Telephone
Systems and Method."U.S.Patent 4,829,554,55/1985,
U.S.C1.379−58）,1986年にNECに（エム・マキノ、“移
動無線通信システム”米国特許第4,575,582、C.I.P 4,7
96,291 3/1986,U.S.C1.358−58（M.Makino,“Mobile R
adio Communications System."U.S.Patent 4,575,582,
C.I.P 4,796,291,3/1986,U.S.C1.358−58）及びソニー
（ティー・クニヒロ、“コードレス電話”、米国特許第
4,965,849、9/1989U.S.C1.455−34）（T.Kunihiro,“Co
rdless Telephone,"U.S.Patent 4,965,849,9/1989,U.S.
C1.455−34）がある。デジタル技術の最近の進展が情報
の送受信を経済性に見合うものにしていて、エス・ハッ
トリ他“移動通信システム”米国特許第4,947,452、10/
1989、U.S.C1.455−33（S.Hattori,et al.“Mobile Com
munication System."U.S.Patent 4,947,452、10/1989,
U.S.C1.455−33）；エス・ハットリ他“移動通信システ
ム”米国特許第4,955,082、1/1989、U.S.C1.455 33
（S.Hattori,et al.“Mobile Communication System."
U.S.Patent 4,955,082、1/1989,U.S.C1.455−33）；テ
ィー・シミズ他“交信期間中のゾーン変更時のデジタル
移動局用の高スループット通信の方法及びシステム”、
米国特許第4,989,204、12/1989 U.S.C1.370−94.1（T.
Shimizu,et al.,“High Throughput Communication Met
hod and System for a Digital Mobile Station When C
rossing a Zone Boundary During a Session,"U.S.Pate
nt 4,989,204,12/1989,U.S.C1.370−94.1）；ティー・
フリーバーグ他、“セルラーデータ電話システム及びそ
のためのセルラーデータ電話”、米国特許第4,837,80
0、13/1988、U.S.C1.379−59（T.Freeburg,et al.,“Ce
llular Data Telephone System and Cellular Data Tel
ephone Therefore,"U.S.Patent 4,837,800,13/1988,U.
S.C1.379−59）、アール・マーニ、“移動無線データ通
信システム及び方法”米国特許第4,910,794、6/1988、
U.S.C1.455−67（R.Mahany,“Mobile Radio Data Commu
nication System and Method,"U.S.Patent 4,910,794,6
/1988,U.S C1.455−67）を含むこの分野での多くの特許
がある。セクタ分割は、容量の拡大をもたらすが、将来
の需要を満たすにはその潜在力は限られていて、多数の
アンテナなしには小さなセクタを配置することが許され
ないという基本物理原則の基本的な制約を受ける。更
に、セクタ分割は、セル数を増加すことになるもう一つ
の方法に過ぎず、後に詳細に論じる受け渡し問題を悪化
をもたらす。
以上の従来のシステムで、あるセルである周波数にて
ある瞬間に送信する一つの移動ユニットのみが存在する
との前提がある。同じ周波数チャンネルで同じ瞬間に実
際に送信している他の送信機は、符号間干渉と考えら
れ、その状態は、強い性能劣化をもたらすので、従来の
システムが防止に努めているものである。符号間干渉
は、実際に、（空間）周波数チャンネルがどの程度の頻
度で再使用されるか、即ち、異なったセルに割り当てら
れるかを決定する主要な因子である（ダブリュー・リ
ー、移動セルラー通信システム、マグローヒル、1989）
（W.Lee,Mobile Cellular Telecommunication Systems,
McGrowhill,1989）。符号間干渉問題は、セルラー移動
通信だけでなく、無線通信全体に存在し、現在のシステ
ムでこれを解決する努力は、符号間干渉信号が、除去す
べき妨害の代表的なものであり、その仕事のためには一
つのアンテナ／受信機出力のみが利用できるという前提
に基づいて、形成されてきた。
干渉抑圧が、時間領域置及び単一アンテナの出力に於
ける適応フィルタを用いて実行される従来のシステム
は、エフ・ガットリーバ、“移動加入者アクセス通信シ
ステム用の干渉キャンセルシステム”、米国特許第14,4
34,505、14/1982、U.S.C1.455−50（F.Gutleber,“Inte
rference Cancelling System for a Mobile Subscriber
Access Communications System,"U.S.Patent 4,434,50
5,14/1962,U.S.C1.455−50）及びワイ・シムラ、“全て
の送信での干渉発生をモニタ可能なベースステーショ
ン”米国特許第4,837,801、8/1987、U.S.C1.379−61
（Y.Shimura,“Base Station Capable of Monitoring O
ccurrence of Interference of Every Transmission,"
U.S.Patent 4,837,801,8/1987,U.S.C1.379−61）を含
む。これらの技術は、チャンネル特性は、非常に高速で
は変化しないと統計的静止性を前提としてなり立ってい
る。200Hzまでのレートで深いレイリーフェージング（4
00dB）が主要な因子である移動通信の環境下では、制止
性の前提は、無効であり、これら従来技術の性能は、同
じ信号の多重遅延コピー（即ち、スペキュラマルチパ
ス）の存在する状態下でなされた前提に於て誤差の影響
を受けやすいことが知られていて、これら適応フィルタ
は、希望信号を無効にする。
時間領域適応フィルタは、また、受信機で符号間干渉
を引き起こす既に述べたレイリーフェージングの存在す
る状態でのデジタル伝送のチャンネル品質を改善するた
めに、開発された。この種類の干渉に取り組むための従
来技術の例としては、ジェイ・プロアキス、“TDMAデジ
タル移動無線の適応等化”、IEEE移動体技術紀要、巻4
0、No.2、1991年５月（J.Proakis,“Adaptive Equaliza
tion for TDMA Digital Mobile Radio"、IEEE Trans.on
Veh.tech.,Vo.40,No.2,May 1991）や他の多数の公開さ
れている技術資料に含まれる。類似の等化技術が現在の
デジタルGSMシステムに採用されている。以上のシステ
ムは、完全に本発明と互換性があり、現在実際に行われ
ているように、復調段に編入可能である。
更に最近では、符号間干渉を除去することにより信号
の品質を改善するために二つ以上のアンテナ出力を結合
する可能性につき研究がなされている。無線LAN及びPBX
に関しては、多重チャンネル適応等化手法が、ジェイ・
ウインタ“最適結合の無線PRX/LANシステム”米国特許
第4,639,914、9/1984,U.S.C.370−110（J.Winter,“Wir
eless PBX/LAN System with Optimum Combining,"U.S.P
atent 4,639,914,9/1984,U.S.C.370−110.1）で説明さ
れている。この方法は、既知の数の送信機への符号割当
（CDMA）と厳しい電力制御の回路による。これは、ま
た、時分割デュープレックス、即ち、ベースステーショ
ンで送信及び受信の時分割デュープレックスを必要と
し、無線ターミナルは、同じ周波数で異なった時間で交
信しなければならない。この条件は、空間次元の情報が
十分に利用されていないことに起因する：ソースの位置
は計算されていない。以上述べた静止性前提は、この技
術にも、重要であり、従って移動環境には、適応できな
い。更に、これは変調依存していて、デジタル伝送技術
を使用したオフィス間無線LANのためにのみ設計された
ものである。
移動受信機でのセルラー移動無線のレイリーフェージ
ング問題を扱う簡単な処理に付いては、複数のアンテナ
を使用する方法が、ピー・バラバン（P.Balaban）及び
ジェイ・サルツ（J.Salz）による前出の論文により説明
されている。ここでも、類似のよく知られている技術の
ように、扱っている信号の時間的特性と、その信号の符
号間干渉信号とに付いての前提が設けられ、その前提に
基づいて、時変フィルタが、その唯一の目的として、対
象とする信号を可能な最良の再構成をするために構成さ
れる。この技術の性能は、また、以上の前提、特に固定
チャンネルという前提に於て誤差の影響を受けやすいこ
とが知られている。実際に、本発明を移動ユニットへ応
用すると、レイリーフェージングの問題が大幅に緩和さ
れた。
以上説明したの適応化技術の好ましくない特性は、受
信信号の唯一想定された時間領域特性のみが、利用され
ているということと、データに存在する信号の一つが残
りの信号、即ち、符号間干渉信号とは異なって処理され
るといるということによる結果である。符号間干渉信号
は、単に、同じチャンネル上でシステムに同時にアクセ
スしようとしている複数のユーザを意味していることが
分かっている。従って、本発明の一つの特徴は、変調の
種類（アナログかデジタルか）にかかわらず、同じ信号
の多重到着波（即ち、スペキュラマルチパス）の存在す
る状態で、以上説明の問題に対応可能とする。これは、
以上説明の従来技術より優れる効果である。
容量を拡大するための空間次元の有効利用するために
は、同じチャンネルで、同じ時に、同じローカルエリア
（セル）で同時通信する多数のユーザを分離する能力が
必要とされる。後述されるように、本発明の一つの特徴
によれば、送信機の位置の特定に使用される情報である
到着角に基づいて、信号を弁別することによりこの分離
を実行する。本発明のこの特徴による送信機の位置特定
の処理は、従来技術より優れる、思いがけない効果をも
たらす。
センサアレーにより収集されるデータを用いた空間の
信号の位置特定は、無線通信以外の分野で実現されてい
る。例えば、フェーズドアレーアンテナを用いた航空機
その他の空中物体を追尾する場合がある。そのような構
造のアレーの例は、アール・ロイ他“信号センサ対のア
レーを使用した信号ソース位置及び信号パラメタの推定
方法”米国特許第4,750,147、3/1985、U.S.C1.364−800
（R.Roy,et al.,“Method for Estimating Signal Sour
ce Locations and Signal Parameters Using an Array
of Signal Sensor Pairs,"U.S.Patent 4,750,147,3/198
5,U.S.C1.364−800）及びアール・ロイ他“信号受信及
びパラメタ推定のための方法及び構成”米国特許第4,96
5,732、7/1987、U.S.C1.364−460（R.Roy,et al.,“Met
hods and Arrangement for Signal Reception and Para
meter Estimation,"U.S.Patent 4,965,732,7/1987,U.S.
C1.364−460）にある。ここで使用されているアレー
は、しかし、特定の構造を有す必要があり、即ち、セン
サは、等化の素子対でなければならない。本発明は、そ
のような特別のアレー構造の使用に限定されない。
発明の要約 本発明は、無線通信ネットワークの容量を拡大し、品
質を改善するための方法及び装置に関する。空間的に分
布したセンサ測定値を収集し、次に処理することによ
り、共通のチャンネルで情報を同時に送信する多重ソー
スの空間位置が推定可能となり、個別の信号波形が再構
成される。位置情報と、適当に設計された送信機アレー
とを用い、情報は、二方向（フルデュープレックス）通
信リンクを損なう可能性を持つ符号間干渉を引き起こさ
ずに、共通のチャンネルでソールに同時送信される。本
発明に特徴的なことは、ソース位置の推定、同一チャン
ネル上の多重信号の空間デマルチプレックス、及び同一
チャンネルでの多重送信機及び受信機間の通信の形成方
法である。
セルラー移動通信市場に付いては、従来技術によって
は対応できそうにない（ジー・カルホーン、前出論文）
（G.Calhoun,op,cit.）四つの主な分野がある。
1. ベースステーションネットワークによりサービスが
提供されるエリアカバレッジに於ける欠陥 2. ベースステーション及びMTSOによる呼び出し処理に
於ける欠陥 3. 通信の機密保護、及び 4. デジタルデータ伝送の問題 以上の重要な問題の打開には、技術的なブレークスル
ーが必要であるということで、通信システム設計の技術
分野での技術者間での意見は一致している。容量の問題
は、論文を通じての主要なテーマであるが（ジー・カル
ホーン、前出論文）（G.Calhoun,op.cit.）、なぜか、
この特別のリストには、容量の問題は挙げられていな
い。本発明は、初めの三つの問題を直接扱う技術的ブレ
ークスルーであり、第四の問題の対策となりうるどの解
決策とも整合性を持ち、割当帯域幅を増やすことなく現
在の無線通信ネットワークの容量を拡大するという主要
な案件を直接扱う。
エリアカバレッジの欠陥は、セルラーシステムが現
在、カバレッジのエリアの単純な地理モデルの基づいて
構成され、即ち、ある特定のベースステーションにより
カバーされるエリアは、最小の重複でもって拡大地理エ
リアを構成することが可能な対照的な地理的なオブジェ
クトの集合である。六角形が主要な例である。残念なが
ら、これは、欠陥を持つ設計手法であり、即ち、都市部
のトポロジー（高層ビル、丘陵、木の密生した区域）
も、システムの潜在的ユーザの非均一な分布、例えば、
皆のスケジュールを遅らせ、特定の一つの地域、即ちホ
ットスポットに高く集中した移動通信サービスに対する
需要を作り出す、ラッシュアワーには駐車場と化してし
まう高速道路も考慮にいれていない。これらの項目は、
セルサイネットワークの適切な設計に重要であるが、従
来技術は、回答を示せないでいる。セルは、よく画低し
た境界を持たず、現実世界の不規則性は、セルラーシス
テムの効率を非常に低減する可能性がある。AT＆Ｔの研
究（ジェイ・ホワイトヘッド、“セルラーシステム設
計：出現する工学分野"IEEE通信マガジン、巻24、No.
2、1986年２月、ページ10）（J.Whitehead,“Cellular
System Design:An Emerging Engineering Discipline,"
IEEE Communications Magazine,Vol.24,No.2,February
1986,p.10）は、“不規則な交通量、地形及び成長状況
は、オーソドックスな〔セルラー設計〕のスペクトル効
率を理想の半分に低下させている”と結論付けている。
本発明の特徴の一つにより、エリアカバレッジの問題
が解決される。ベースステーションの多重アンテナの出
力を適当に処理することにより、有効受信ゲインが増加
し、従来の装置で受信可能だったより大幅な低い電力を
信号が検出でき、処理可能となる。これは、直接、信号
のドロップアウトの問題を大幅に緩和する。更に、ベー
スステーションと共同して、いくつかのベースステーシ
ョンは、ベースステーション間でチャンネルの動的割付
によりピーク使用期間中同じ地理エリアにサービスを提
供し、従ってホットスポットが発生する時と場所で、そ
の発生を除去する。
呼び出しの処理に於ける欠陥は、セルラー産業にとり
主要な関心事である。この基本問題は、移動ユニットが
一つのセルがら隣接のセルへ移動するとき、呼び出し
は、一つのベースステーションから他のベースステーシ
ョンへハンドオフと呼ばれる処理により転送されるとい
うことにより起きる。現在のセルラーシステムの問題
は、移動ユニットの位置は、不明であり、従って、その
移動方向も未知である（従ってそれが移動しているか、
停止しているかも）。この情報なくしては、セルラーシ
ステムは、ハンドオフは、どのセルに対してなされるべ
きかもわからない。現在のシステムは、ハンドオフを試
行するかどうかを決定し、呼び出し又はリンクがどのセ
ルに割り当てられるべきかを決定するのに受信電力レベ
ルのみ依存している（ジェー・フェンシュ他、“高密度
セルラー移動無線通信”、米国特許No.4,475,010、27/1
983、U.S.C1.179−2EB）（G.Huensch,et al.,“High De
nsity Cellular Mobile Radio Communications,"U.S.Pa
tent No.4.475,010,27/1983,U.S.C1.179−2EB）。以上
述べたエリアカバレッジの不規則性により、一旦、移動
ユニットが位置を若干移動すると、割当エラーが明白に
なるような不適切なセルに、呼び出しが割り当てられる
可能性がおおいにある。
あるセルラーオペレータによると、これは本質的な問
題であると言う。ロスアンジェルスでのセルラーシステ
ムは、“クロストークによるかなりの問題を経験した。
高台に行くと、自身信号が弱まる、他の会話が聞こえは
じめ、その直後、コールを失う”（エス・ティチ、“Pa
cTel移動電話では、ビガーはベターではない”通信ウイ
ーク、１月27日1986年ページ54）（S.Titch,“For PacT
el Mobile,Bigger is not Better",Communication Wee
k,January 27,1986,pp.54）。モトローラ社のセルラー
開発のディレクタは、発言して“10％から25％の時間
で、加入者が一つのセルから他のセルへ移動した場合、
システムは特定エラーを犯した。交換がエラーを犯す
と、加入者のコールは、最も近接のセルではなくて、離
れたセルサイトへ割り当てられた。システムは、この
時、同じセルで同じ周波数の異なった加入者に、第一の
加入者として、サービスの提供を開始する可能性があ
る。このような状態が発生すると、加入者は、他の加入
者が、自身のチャンネルを使用して会話しているのを聞
く。かれらは、チャンネルを切られるか、運がよければ
〔？〕、そのチャンネルが雑音がひどくなる。この問題
は、怒を誘うに十分なほどよく起こる。”（エム・クー
パー、“セルラーは、働く − システムが正しく設計
されていれば”パーソナル通信、1985年６月、ページ4
1）（M.Cooper,“Cellular Does Work−If the System
is Designed Correctly."Personal Communications,Jun
e 1985,p.41）。クロストーク問題に加えて、信号強度
の局所変動は、ハードセル環境に基づく予想よりは大幅
なハンドオフ頻度を引き起と証拠がますます寄せられ、
この中央交換に対する負荷の増加は、セルラーシステム
の容量が低減されるかもしれないという心配の種となっ
ている。
本発明の特徴の一つは、コール処理の欠陥問題を解決
する。いままで利用できなかった移動ユニットの位置及
び速度の推測値を提供することにより、インテリジェン
トハンドオフ手法が構成できる。これは、直接、移動ユ
ニットの位置及び速度を知りたいというセルラーオペレ
ータの必要性を満たす。低電力信号に対する処理能力の
増加と共に、本発明の以上述べた特徴は、セルラー通信
システムの性能の大幅な改善をもたらす。
秘密保持は、セルラー産業の一つの重要関心事であ
る。現在のシステムの不安定な秘密保持性（全移動チャ
ンネルを誰でも合法的に傍受できる）は、多くの政府関
係ユーザや秘密を要する商談に関係する顧客にとり、シ
ステムの販売に影響を与える重要な要因である。セルラ
ーオペレータは、ある種の動作確実な解決策を見つけな
ければならないことを認識している（ジー・カルホー
ン、前出の論文）（G.Caloun,op.,cit.）。この問題の
原因は、現在のシステムで、サービスを提供している領
域、即ちセクタで可能な限り一様に無指向性アンテナに
より信号が送信されることにあり、従って事実上付近に
いる受信機により傍受される。この問題に対する一つの
回答は、暗号化である。しかし、これは、アナログ−デ
ジタル−暗号化（暗号解除）−アナログハードウェア
を、セルサイトと移動ユニットの両方に必要とするか、
または新規のデジタル基準への変換を必要とし、これら
いずれも非常にコストのかかる解決方法である。
本発明の特徴の他の特徴によれば、秘密保持の実質的
な改善が実現できる。目的とする受信機の位置の知識を
使用し、ベースステーション送信機は、基本的にその方
向にのみ目的とする信号を送信する。一方向のみ信号を
送信することにより、盗聴は、大きく軽減される。信号
を傍受するためには、盗聴者は、同じ地理的領域にいる
必要があり、その条件は、実際にはなかなか起こらな
い。ベースステーションから移動ユニットへの送信信号
が空間で傍受される範囲は、利用送信アンテナの数の直
接の関数となる。よく知られているように、フェーズド
アレーアンテナのような従来の装置では、送信エネルギ
ーのいわゆるビーム幅は、送信アンテナのアンテナの開
口、送信アンテナの数及び位置に、直接に依存する。こ
うして、ベースステーションから移動ユニットへシステ
ムの秘密保護は、ベースステーションでの送信機ハード
ウェアを拡大に要するコストで、容易に、高めること可
能である。本発明では、必要とされないが、同じシステ
ムは、同じシステムが、（電気的に）最も近いベースス
テーションを求め、その方向に選択的に送信するため
に、多重送信及び受信アンテナを使用した移動ユニット
で使用可能である。
現在のアナログセルラーシステムとデジタルデータ伝
送との互換性の欠如は、現在の主な関心事ではない。ほ
とんどのユーザは、音声伝送に関心があり、現在割り当
てられている帯域幅（30KHz/チャンネル）は、その目的
のためには十分である。これらの帯域幅は、10kb/sまで
は理論的に、うまくいく送信可能なデータ量を基本的に
制御していて、チャンネルの貧弱な品質により実際には
1200b/sになる。ユーザの需要が増加するにつれ、セル
ラーネットワークでの高速データ伝送に対する要求が増
し、現在のシステムは、修正する必要がでてくるであろ
う。
この観点から、本発明の他の特徴の一つは、信号の変
調方法からの独立である。これは、ソース信号のデジタ
ル又はアナログ変調と共に同様によく動作する。実際
に、セルラー移動産業でデジタルスペクトル拡散技術を
適応することに於ける主たる関心事の一つは、マルチパ
ス反射による符号間干渉に付いてである。この問題が、
本発明により緩和され、その理由は、複数のアンテナを
使用することによって、同じソースからの異なったパス
による異なった到着方位が検出され、それより多重到着
の空間分離が実行されるからである。デジタル変調に対
する二番目の関心は、可能な限りビットエラー率を低く
抑えるために、可能な限り信号対雑音比を高く維持する
ための必要性である。本発明を用いれば、ベースステー
ションの受信信号強度は、同じ送信電力値の既存システ
ムでは大幅に改善され、従ってシステムの性能の大幅な
改善をもたらす。
従来のシステムでは、無線ユニットの位置は、既知で
はなく、セルサイトから無線ユニットまでの均等、無指
向性（方位に関して）伝送が唯一の理にかなう手法であ
った。本発明に特有なことは、同じチャンネル中の多重
送信機の位置を推定する能力である。これまでは利用で
きなかったこの情報は、セルサイトから無線ユニットま
での多重信号共用伝送のための効率のよい手法を設計す
るために本発明で使用される。従来のシステムでよく知
られているのは、周波数の関数として、規定された方向
でエネルギーを選択的に送信するためのアンテナアレー
を設計することであ（エッチ・ローゼン、“スティアド
ビーム衛生通信システム”、米国特許第4,972,151、9/1
985,U.S.C1.342−354）（H.Rosen,“Steered−Beam Sat
ellite Communication System."U.S.Patent 4,972,151,
9/1985,U.S.C1.342−354）。本発明の予想外の結果とし
て、セルサイトから無線ユニットまでの多重共用チャン
ネル信号の空間的選択伝送が可能となる。更に、目標受
信機の方向以外の方向に送信された電力値は、最小にさ
れ、符号間干渉の問題を更に緩和している。
要約すると、本発明は、（電磁）輻射のワイドエリア
（全方位）送信及び受信を選んで選択された場合に、失
う有線サービスの特徴、そのポイントツーポイント通信
の特徴を基本的に回復することによって、セルラー移動
通信産業はもとより、他の無線通信ネットワークが直面
する基本的な懸案及び問題を取り扱う。従来技術では、
以下の試みはなされていない： 1. 同時間で同じ（周波数）チャンネルでの複数の信号
の位置を検出し、推定する目的でソースのアレーにより
収集された情報を利用し、 2. 全送信信号を同時に推定し、 3. 同じ（周波数）チャンネルで一つ以上のユーザへ異
なった信号を同時、選択的に送信するための空間情報を
使用する。
以上の処理は、本発明に独自のものであり、無線通信
ネットワークに於て有用な、新規かつ予想外の結果をも
たらす。本発明による改善は、ハードウェアの複雑性を
高めるが、それによるコストは、性能及び容量の改善に
より容易に補える。更に、本発明は、移動ユニットに使
用しなければならないということはないので、現在の無
線ネットワークの品質及び容量を高めるためのコスト
は、最小に抑さえられる一方で、システムの性能の更な
る完全は、本発明の移動ユニットでの実現によりまた可
能となろう。
このようにして、本方法及び装置は、現在の技術に比
較し、以下の効果を有する： 1. 本発明は、空間の同じ位置を占めない複数のユーザ
によりどの従来の（周波数、時間及び符号）チャンネル
の同時使用も許容し、従って、現在の無線情報ネットワ
ークの容量を拡大する。
2. 本発明は、移動ソースを追尾し、従来の移動セルラ
ー通信システムに存在するハンドオフ及び信号管理問題
を緩和することを考慮している。
3. 本発明んは、信号変調の種類とは独立していて、従
って、無線通信システムでの現在及び期待される将来の
変調方法と整合性を有す。
4. 本発明は、送信機及び受信機の両方で、信号品質の
改善をもたらす。
5. 本発明は、信号を希望する方向にのみ送信すること
によって、通信保護性の改善をもたらし、従って、意図
しない輻射量を制限する。
6. 本発明は、信号品質は維持したままで、方向性送信
によりセルサイトにて扱われる送信電力の低減をもたら
す。
7. 本発明は、符号間干渉による信号劣化を大幅に低減
し、従って、よりしばしば再使用される隣接のセルの周
波数を許容し、更にシステムの容量を拡大する。
8. 本発明の移動ユニットへの実現は、移動ユニットへ
の以上述べた効果の多くを適応することで実行可能であ
る。
以上の効果は、無線通信という前提で説明されている
が、他の分野で多くの応用が可能である。例えば、本発
明は、セルサイトのカバレッジの品質を確定するための
診断測定装置として使用可能である。ここでは、選択伝
送は、必要とされない；受信システムは、カバレッジエ
リアを通じて移送され、ベースステーションから送信さ
れた信号の到着方位及び強度がモニタされる。この機能
を利用するものは現在知られていない。このようにして
得られた情報は、セルサイト位置からのサービスの品質
を評価するのにまた重要である。更なる目的及び効果
は、図面の簡単な説明及び続く詳細な説明により明らか
となろう。
図面の簡単な説明 図１は、異なったチャンネルでの送受信のうまくいっ
ている従来の多重無線ユニットの図である。
図２は、同じチャンネル上で送信している多重無線ユ
ニットよりの、現在の無線通信システムの容量を制限す
る重要な因子である符号間干渉の説明図である。
図３は、多重無線ユニットへの同じチャンネルにて多
重信号の放送から発生した、現在の無線通信システムの
容量を制限する重要な因子である符号間干渉の説明図で
ある。
図４は、本発明による一チャンネルで多重信号をうま
く送受信し、従って一つのチャンネルに複数のユーザが
アクセス可能とすることによって容量拡大を実現してい
るSDMAシステムのブロック図である。
図５は、本発明によるSDMA信号プロセッサ（SDMAP）
の内部説明図である。
図６は、本発明による中央局での多重共用チャネル信
号受信を説明図である。
図７は、本発明によるSDMA多重チャンネル中央局受信
機の内部説明図である。
図８は、本発明による中央局からの多重共用チャンネ
ル信号送信の説明図である。
図９は、本発明によるSDMA多重チャンネル中央局受信
機の内部説明図である。
図10は、本発明によるベースステーション容量を高め
るために使用される多重SDMAプロセッサの説明図であ
る。
図11は、強いレイリーフェージング環境下で二つのほ
ぼ一致して移動するFM送信機のDOA追尾及び信号コピー
結果を含む。
図12は、強いレイリーフェージング環境下でのFM送信
機のクロストラックのDOA追尾を説明する。
図13は、三つのスペクトル拡散デジタル送信機を位置
決めし、空間的デマルチプレックス処理するのに成功し
ている、CDMA技術と、SDMA概念との互換性を示す。
図14は、同じ同周波数で無線受信機へ信号の指向性送
信のための、本発明に独自のものである。安定したSDMA
空間デマルチプレックス手法の有効性を説明している。
詳細な説明 図１は、現在の無線通信ネットワークの例を示す。説
明の目的で車両移動ユニットとして示されている無線送
信機／受信機ユニット20、22、24は、個々の（周波数）
チャンネルが割り当てられ、従って同時に通信可能であ
る。多重チチャンネル受信機26は、次に復調され、ネッ
トワークの残りに伝達される信号28、30、32を正確に分
離するために、無線送信機／受信機ユニット20、22、24
は異なった周波数チャンネルにあるということを利用し
ている。多重チャンネル送信機40は、信号34、36、38
を、他の分離した周波数の組で無線ユニット20、22、24
に送信する。例えば、現在のセルラー移動通信システム
では、移動ユニットは、情報をベースステーションへ送
るチャンネルより45MHz高いチャンネルにてベースステ
ーションからの送信を受信する。これにより、ベースス
テーション及び移動ユニットの両方の側で情報の同時送
受信が可能となる。
図２は、現在の無線通信システムの問題点を示す。同
じ従来のチャンネル（この図では同じ搬送周波数fc1）
で送信する無線ユニット20、22、24は、現在のシステム
では同じチャンネルを共用する場合は一つの信号を他の
信号から弁別する方法はないという事実により、受信機
26で識別できない。受信出力28は、ベースバンド周波数
fbにダウンコンバートした後でも、そのチャンネルに存
在する全ての信号の組み合わせとなる。
図３は、ベースステーション送信機40からリモート受
信機への通信関しての現在の無線通信システムの類似し
た問題点を示す。多重チャンネル送信機の機能は、ベー
スバンド周波数fbから信号を移動ユニットへの送信のた
めに多重チャンネル搬送周波数の一つにアップコンバー
トすることである。ある特定のチャンネル（この図では
同じ搬送周波数fc1）での無線ユニット20、22、24は、
その周波数チャンネル34のベースステーション40から送
信された多重信号の組み合わせを受信する。これは、以
下の事実により、即ち、現在のシステムでは、同じ周波
数チャンネルから送信される全ての周波数が、その特定
のチャンネルで信号を受信するように設定された、ある
セルの又はそのセクタのすべての受信機に達しないよう
にする方法はない。無線ユニットで受信される信号は、
そのチャンネルで送信されたすべての信号の組み合わせ
である。
図６は、一つ以上のベースステーションにて上述の多
重信号受信問題を解決するために本発明により使用され
る方法の説明図である。同じチャンネルで送信する無線
ユニット（20、22、24）からの多重信号は、センサのア
レー及び受信機（42）により受信される。この、共用チ
ャンネル信号は、空間分割多重アクセスプロセッサ（Sp
atial Division Miltiple Access signal Processor:SD
MA）（48）により制御される空間デマルチプレクサ（4
6）により空間デマルチプレックス処理する。デマルチ
プレックス処理された信号（50）は、次に、よく知られ
た信号復調器へ送られる。
図８は、移動無線ユニットでの以上述べた多重信号受
信問題を解決するための本発明により使用される方法の
図である。説明のためにすべての同周波数チャンネルに
あると仮定される、信号復調器からの多重信号（64）
は、SDMAP（48）の制御下の空間マルチプレクサ（66）
により適当に結合され、無線ユニット（20、22、24）で
のすべての符号間干渉が除去される。これらの信号（6
8）は、多重チャンネル送信機（70）へ送られ、続いて
無線ユニット（20、22、24）に向けアンテナアレーによ
り送信される。図示されているように、空間マルチプレ
クサを適当に設計することにより、無線ユニット（20）
は、ユニット（20）又は（24）に送信されている信号の
いずれも受信せず、これは同様に他の二つのユニットに
もあてはまる。図６に関しては、複数のフルデュープレ
ックスリンクが形成される。同じ（周波数）チャンネル
に同時に二つ以上のフルデュープレックスリンクを形成
する能力は、SDMの発明に独自のものである。
図４は、異なった空間チャンネルを用いて、一つのチ
ャンネルで多重信号を受信し、他のチャンネルで多重信
号を送信することに成功したSDMAの一実施例のブロック
図である。この図の意図は、メッセージが、同じ（周波
数）チャンネルで、無線ユニットからベースステーショ
ンへfc1で放送され、ベースステーションから無線ユニ
ットfc2で同時に放送されることを示すことにある。こ
のような状況は、メッセージが図２及び図３にしめされ
るように現在のシステムでは互いに干渉し合うので、い
ままで許されなかった。無線ユニット（20、22、24）に
より同じチャンネルで送信される信号は、多重アンテナ
によりベースステーションで受信される。各アンテナmr
の出力は、現在システムの単一アンテナでなされている
ように、多重チャンネル受信機へ送られる。mrアンテナ
は、個別のアンテナか又はよく知られているような多重
フィード単ディシュアンテナである。ここでは、多重フ
ィード単ディシュアンテナの各フィードが、一つのアン
テナとしてよばれる。
多重チャンネル受信機は、アンテナへ入力を受け取
り、それが処理可能な各周波数チャンネルの一つの出力
を持つ。例えば、現在のアナログセルラーシステムで、
受信機は、帯域フィルタ列を含み、一つのそのフィルタ
がそのベースステーションに割り当てられた周波数チャ
ンネルへ同調している。本発明の一実施例では、そのよ
うな一つの受信機は、図７で示される各アンテナ（10
2、104、106）に割り当てられている。他の実施例で
は、いくつかのアンテナが高速スイッチング回路により
単一の受信機へスイッチ切り替えされている。特定の
（周波数）チャンネルの多重チャンネル受信機の出力
は、複数の信号（112、114、116）であり、そのチャン
ネルからの一つの信号が各アンテナ／受信機対用とな
る。これらの信号は、SDMAP/空間デマルチプレクサ（12
0）によりグループとして処理され、元の送信された信
号（122、124、126）を回復する。この図は、単一SDMAP
及び空間デマルチプレクサが各チャンネルであることを
示しているが、他の実施例では、いくつかのチャンネル
が、単一のSDMAP及び空間復調器に対してマルチプレッ
クス処理される。
図４を再び参照して、一実施例では、受信出力（44）
は、多重チャンネル受信機（42）でベースバンドにダウ
ンコンバートされた後、デジタル化され、デジタルSDMA
（48）と空間マルチプレクサ（46）へ転送される。空間
デマルチプレクサの出力（50）は、一実施例では、デジ
タルで復調され、スイッチングネットワーク（58）を通
じて伝送するためにアナログへ変換され、他の実施例で
は、復調する前にアナログへ変換される。本発明の、更
に、他の実施例では、アナログ受信機出力（44）のA/D
変換は、SDMAP中で実行され、アナログ信号（44）は、
空間デマルチプレクサ（46）に送られ、空間デマルチプ
レクサ（44）では、デジタル的に制御されたアナログ重
み付け加算回路が、アナログ信号（44）を空間的デマル
チプレックス処理し、アナログ出力信号（50）は、アナ
ログ復調器へ送られる。
一般に、SDMAP（48）の機能の一つは、受信機（42）
から受信された情報と、SDMAコントローラ（78）により
提供された情報とを処理することにより、空間デマルチ
プレクサ（46）及び空間マルチプレクサ（66）の適当な
制御信号を計算することである。SDMAPは、また、チャ
ンネル割当及びインテリジェントハンドオフのために、
追尾及び信号パラメタ情報をSDMAコントローラ（72）へ
送る。SDMAPの詳細な説明を以下に示す。
空間マルチプレクサ（図４で46）は、多重チャンネル
受信機（42）の出力（44）をデマルチプレックス処理す
る。この機種は、セルサイトに割り当てられた各（周波
数）受信チャンネル毎に実行される。一実施例では、信
号（44）は、各チャンネルで空間デマルチプレクサによ
り適当に組み合わされてチャンネル（図７でC1）に存在
する各信号のための出力を与える。ここで、適当に組み
合わされるという意味は、一つのチャンネルでの各無線
ユニットからの信号が、空間デマルチプレクサの適当な
出力に現わされるように組み合わされるということであ
る。これは、本発明の独自のものである。
ある特定のチャンネルのための空間デマルチプレクサ
（図４の46）の出力（50）は、そのチャンネルに於ける
無線ユニットからベースステーションまで送信された分
離された信号であり、現在のシステムで行われていると
同様に復調器へ送られる。復調された信号は、スイッチ
ングネットワーク（58）を通じて、現在されているよう
にそれらの目的とするところへ送られる。
無線ユニットを目指す信号は、同じスイッチングネッ
トワーク（58）から得られ、現在なされているように信
号変調器（62）へ向けられる。変調されたベースバンド
信号（64）は、空間マルチプレクサ（66）へ送られ、そ
こで無線ユニットへ送信のために、SDMAP（48）の指令
に従って適当に処理される。この図では、無線ユニット
は、受信機（42）で受信された信号と同じ信号とされ
る。これは、そうである必要はなく、本発明の制約でな
い；これらは説明のために、ここでは同じとされてい
る。
受信機（42）にその構造が類似の多重チャンネル送信
機（70）は、図９に示されている送信アンテナ（152、1
54、156）の各mtrに付き一つの送信機となるように設け
られている。各送信機は、現在のシステムでなされてい
るように、接続のアンテナを通じて信号の無線ユニット
への送信をするために、ベースステーションに割り当て
られた各チャンネルの出力を結合する。
図９の空間マルチプレクサ（66）の機能は、一つ以上
の信号（64）を一つの特定のチャンネル（図９でC1）へ
マルチプレックスするが、これは異なった複数の空間チ
ャンネルへである。空間マルチプレクサ（66）は、信号
（64）を適当に結合し、各送信機（40）でその特定のチ
ャンネル（図９でC1）の一つの出力を提供する。ここ
で、適当に結合するとは、各無線ユニットがそれ向けに
意図された信号のみを受信するように組みあわされると
いう意味である。他の信号は、その（周波数）チャンネ
ルを受信しているその特定の無線ユニットへ到達しな
い。これは、本発明の独自のものである。
空間マルチプレックス処理は、各チャンネル（図９で
C1、C2・・・Cn）毎に実行される。他の一実施例では、
いくつかのチャンネルのためのマルチプレックス処理
が、同じマルチプレクサハードウェアによりなされる。
信号変調器（62）から信号（64）は、アナログであるな
ら、一実施例では、空間マルチプレクサは、デジタル制
御のアナログ部品を含む。他の実施例では、信号（62）
は、デジタル化され、必要なら、空間マルチプレクサで
組み合わされ、D/A変換のために送信機へ送られ、無線
ユニットへ送信がなされる。
空間分割多重アクセス信号プロセッサ（SDMAP） 図５は、空間分割多重アクセス信号プロセッサ（SDMA
P）（48）の内部説明図である。SDMAPの機能は、ある特
定のチャンネルに存在する信号の数を決定し、送信機の
空間位置（即ち、到着方位DOA（directions−of−arriv
al）及びベースステーションからの距離）といった信号
パラメタを推定し、適当な空間デマルチプレックス及び
マルチプレックス手法を決定する。DMAPへの入力（44）
は、ベースステーション受信機の出力を含み、各受信ア
ンテナに一つづつある。一実施例では、受信機は、現在
システムに於けるように、各アンテナ以後、各チャンネ
ルから同相成分（Ｉ）及び直角（Ｑ）成分（信号）出力
が存在する、信号の直角検波を実行する。他の実施例で
は、単一のダウンコンバートされた成分ＩまたはＱ、又
はこの組み合わせが使用される。又、他の実施例では、
受信機、データをSDMAPに送る前にデジタル化する。
又、他の実施例では、デジタル化は、既に述べたように
データ圧縮器（160）で実行される。
本発明の一実施例では、SDMAPは、まず、信号の時間
特性を利用することなく、到着方位行（DOA）といった
重要な信号に付いてのパラメタの推定値を得ることによ
ってその仕事を実行する。これは、アナログ変調法が使
用され、信号検波がほとんどわかっていない状況では、
妥当である。第二の実施例では、チャンネル等化の目的
でデジタルデータストリームにある既知のトレイニング
シーケンスは、DOA及び信号電力レベルといった信号パ
ラメタ推定値を計算するために、センサアレー情報と共
に使用可能である。この情報は、リニア結合、即ち重み
付け加算処理としてこの実施例で実現される空間デマル
チプレクサのための適当な重み（76）を計算するのに使
用される。第三の実施例では、パラメタ推定器からTOA
に関係するパラメタが、どの信号が共通信号のマルチパ
スによるものかを確定するため、信号相関パラメタと共
に使用される。相対遅延が計算され、これら信号は、コ
ヒーレントに結合され、更に推定信号の品質を高めてい
る。このようにしてセンサアレー情報を利用する能力
は、本発明に独自のものである。
しかし、本発明の他の実施例では、空間デマルチプレ
クサは、DOAといった他のソースパラメタ推定と連係し
て実行される。このタイプの実施例の一つとして、デジ
タル移送シフトキーング（PSK）波形及びアナログFM波
形といった種々の通信信号の低振幅性（即ち、一定振
幅）は、よく知られている多重チャンネル低振幅アルゴ
リズム（CMA）を使用して、ソース波形及びそれらのDOA
までも同時に推定するため、受信アンテナアレーの特性
と共に、利用可能である。
他の実施例では、これもよく知られている拡張カルマ
ンフィルタ（シー・チュイ及びシー・チェン、実時間利
用のカルマンフィルタ、スプリンガー・バーラグ、1991
年）（C.Chui and C.Chen,Kalman Filtering with Real
−Time Applications,Springer−Verlag,1991）がこれ
ら及び他の類似の特性を利用するために使用可能であ
る。これら及び他の類似の実施例では、空間デマルチプ
レクサ（46）の機能は、SDMAP（48）でなされ、SDMAP
（76）の出力は、復調器へ送るために空間デマルチプレ
ックス処理された信号となる。
図５を再度、参照すると、データ圧縮（160）は、デ
ータ量を低減するために実行され、一実施例では、ある
特定のチャンネルでのサンプリングされた受信機出力の
外積の和に関係するサンプル共変マトリックスの集積を
含む。以後、これらのサンプル出力は、データベクトル
と呼ばれ、ある特定のベースステーションに割り当てら
れたチャンネルの各々に付き各サンプル時間で一つのそ
のようなデータベクトルが存在する。他の実施例では、
圧縮データは、単に、未処理データベクトルである。Ｉ
及びＱ信号（44）が受信機より出力されると、各データ
は、各データベクトルは、mr複素数の集合であり、その
各々がmr受信機／アンテナ対の各々にある。
第三の実施例では、データ圧縮は、又、無線デジタル
システムに存在するトレイニングシーケンスといった既
知の信号情報を使用することを含み（デー・グッドマ
ン、“第二世代無線情報ネットワーク"IEEE移動体技術
紀要、巻40、No.2、1991年５月）（D.Goodman,“Second
Generation Wreless Information Net works,"IEEE Tr
ans.of Veh.,Vol.40,No.2,May 1991）、移動ユニットト
ランスポンダは、現在のアナログシステムでは、個別周
期性の信号の特徴を有す到着時間（TOA:time−of−arri
val）を計算するために、応答し、この到着時間は、セ
ルサイトと本実施例で利用される無線送信機との間の距
離に付いて重要な情報を含むパラメタである。
圧縮されたデータ（162）は、チャンネル中に存在す
る多数の信号を検波するために、信号検波器（164）へ
送られる。一実施例では、統計的検波手法が、チャンネ
ルのの含まれるソースの数を推定するために、SDMAコン
トローラ（72）からの情報と連係して利用される。この
情報及び（圧縮）データ（168）は、パラメタの推定器
（170）へ送られ、そこでソース位置（例えば、DOA及び
距離）に関するパラメタを含む信号パラメタの推定値が
得られる。
位置に関連するパラメタ推定値（172）は、ソースト
ラッカ（174）へ送られる。一実施例では、ソーストラ
ッカの機能は、送信機の各々の位置を時間の関数として
追尾することにある。これは、既に述べた拡張カルマン
フィルタ（EKF）といった非線形フィルタ技術により実
現される。他の実施例では、ある特定のチャンネルで無
線ユニットの各々の速度及び加速度がまた追尾される。
一実施例では、EKFユニットへの入力は、ローカルベー
スステーションからのDOA及びTOAを含む。移動ユニット
からの送信を受信している他の付近のセルサイトからの
DOA及びTOA測定は、よく知られているようにEKFの推定
精度を更に改善するためにセルサイトの既知の位置と共
に、導入される。トラッカ（174）出力は、（圧縮）デ
ータ（176）と共に空間デマルチプレクサコントローラ
（178）へ送られ、空間デマルチプレクサの機能を制御
し、また、空間マルチプレクサコントローラ（180）へ
送られ空間マルチプレクサの機能を制御する。
SDMAコントローラ 図10は、チャンネル割当及び複数のSDMAシステム（20
2、204、206）を監視するSDMAコントローラ（72）を示
す。既に述べたように、各SDMAシステムは、多重チャン
ネル受信機（42）からの信号（44a、44b、44c）を受信
し、無線ユニットへの送信のため、信号（68a、68b、68
c）を多重チャンネル受信機（70）へ送る。SDMAシステ
ムは、また、（追尾）情報（182a、182b、182c）を、既
に述べたようにSDMAコントローラへ送り、情報（182a、
182、182c）をSDMAコントローラより受信する。この図
に示されていないものは、ベースステーションと、スイ
ッチングネットワークを通じてのワイドエリアネットワ
ークへのアクセスとの間のリンクである。そのようなリ
ンクは、現在のセルラー移動ネットワークと無線LANと
の間に存在するが、本発明には必要とされない。ベース
ステーションを通じての無線ユニット間のポイントツー
ポイント通信は、ワイドエリアネットワークに入ること
なく、可能である。
SDMAシステムの機能は、図10でCH1、CH2・・・CHnで
示される各チャンネル（202、204、206）毎に実行され
る。一つの実施例で、各チャンネル毎に個別のSDMAシス
テムがある。他のチャンネルでは、同じSDMAシステム
で、いくつかのチャンネルが処理される。
SDMAコントローラ（72）の目的は、無線ユニットが
（周波数又は符号）チャンネル、時間、及び空間（位
置）スペースに於いて一致することを防止することであ
る。必要に応じて、コントローラは、現在の無線システ
ムにあるような標準メッセージ手法により、異なった
（周波数又は符号）チャンネルへ換えるように、無線ユ
ニットに要求する。
一実施例では、種々のセルサイト（190、194、200）
のSDMAコントローラは、追尾及び周波数割当情報に加え
て、それらセル（190、194、200）内のすべての無線ユ
ニットに関する信号電力といった関連する他のソースパ
ラメタをベースステーションスーパバイザ（220）へ送
信する。例えば、セルラー移動通信では、スーパバイザ
は、MTSOである。この情報は、現在の無線システムに存
在する既に述べたハンドオフ問題を緩和するのに使用さ
れる。全送信機の位置及び速度の情報と、セルサイトの
各々によりカバーされるエリアの情報により、効率のよ
く、信頼性のあるハンドオフ計画が実行可能である。
他の実施例では、SDMAコントローラの機能は、各ベー
スステーションへ、隣接セル内の自動車の位置及びチャ
ンネル割当を中継することである。この情報は、SDMAP
内の空間マルチプレクサコントローラ及び空間デマルチ
プレクサコントローラで使用され、空間マルチプレクサ
及び空間デマルチプレクサの性能を改善する。容量の更
なる改善は、又、ここでは、種々のセルサイト及び移動
ユニット間での受信チャンネル及び送信チャンネルの動
的割当により実行できる。無線通信ネットワークでの多
重送信機を追尾する能力及び、システムの容量と品質と
に付きなされた実質的な改善は、本発明の独自のもので
ある。
シミュレーション結果 図11は、同じチャンネルの多重送信機を同時追尾し、
送信波形を個別に推定するために受信信号を空間デマル
チプレックス処理する本発明の能力を示す。受信アレー
は、半波長離れた、即ち、850MHzで17cmだけ離れた素子
の10素子均等アレーを含む。二つのFM送信機は、互いに
向き合い接近して移動し、実際に交差し、即ち、DOA
は、その期間中の一点で同じとなる。強いレイリーフェ
ージング環境が、フェージングレートが100Hzを越えて
シミュレートされた。受信機の出力は、400箇のデータ
ベクトル（8kHzでサンプルされた0.05秒のデータ）のブ
ロックで処理された。送信機は、1.7秒で２゜より少な
く、ベースステーションから1kmで約30mの間隔であると
いう事実にもかかわらず、個別の信号機波形は、その下
図に示されるように正確に再構成された。現在システム
ではそのような性能は、達成されていないので、この図
は、明白に本発明の有効性を示す。互いに近接した共用
チャンネルソースを分離し、受信された信号を空間デマ
ルチプレックス処理する能力は、本発明に独自のもので
ある。
図12は、図11の続きであり、軌跡が交わる同じチャン
スに於ける多重送信機を同時追尾する本発明の能力を示
す。推定間隔の中心点で送信機は、同じDOAである。容
易に理解できるように、SDMAシステムは、送信機のDOA
の追尾に成功している。センサアレーによるDOAの測定
値から共用チャンネル送信機の交差している軌跡を追尾
する能力は、本発明に独自のものであり、現在の無線シ
ステムでは実現できていないものである。
図13は、SDMA概念と提案のCDMA技術との互換性を示
す。10素子均等リニアアレー無指向性アンテナ素子のラ
イン軸に付いて20゜、40゜、60゜での三つのソースが、
シミュレートされた。ボーレートは、それぞれ、1MHz、
1MHz、500kHzであり、有効信号対雑音比（SNR）は、ほ
ぼ、0dBである。上側のプロットは、第一アンテナ素子
の出力を示し、SNRはほぼ、0dBであることが明白であ
り、即ち、信号振幅と雑音振幅がほぼ等しい。下側の四
つの小さい方のプロットは、比較のために、三つの空間
デマルチプレックス処理された信号と、第一のアンテナ
の出力の角度とを示している。これらは、SDMAシステム
の能力が、CDMAデジタル伝送を空間的にデマルチプレッ
クスするだけでなく、性能改善も可能であることを示し
ている。空間デマルチプレクサ出力SNRに於てほぼ10倍
の改善がなされることがわかる。DOA推定値は、200のス
ナップショントだけに基づき、信号の数（３）がSDMA検
波器により正確に検波できるだけでなく、推定DOAがす
べての眞の値の0.5゜内に収まった。そのような品質の
推定値を得て、これら符号間干渉環境下でのスペクトル
拡散デジタル信号を空間的デマルチプレックス処理する
能力は、本発明に独自のものである。
図14は、従来の技術より優れたSDMAロバスト空間マル
チプレックス手法の改善を説明している。このシミュレ
ーションでは、三つの送信機が、10素子λ/2間隔均等リ
ニアアレーのライン軸に対してそれぞれ40゜、50゜、90
゜で配置された。1000データベクトル上の到着方向推定
値は、眞の値の0.05゜であり、それらに基づき空間マル
チプレックス重みベクトルが、計算された。この図は、
90゜で受信機への送信のために空間マルチプレクサ設計
をした結果を示す：設計目的は、40゜及び50゜で受信機
の方向に電力最小としている。従来の確定的マルチプレ
クサに対するSDMAロバスト空間マルチプレクサの優越性
は、明白である。
発明の動作 定義 以下の説明に於て、ベースステーションという用語
は、（移動）無線ユニット（ここではユーザと呼称）が
通信しようとするサイトを示すために使用される。ベー
スステーションは、多数の信号が同時に送信できる広帯
域ワイドエリアデストリビューションネットワークに専
用の、連続的なアクセスが可能という意味に於てのみ、
無線ユニットと区別される。これは、既に述べたよう
に、本発明を限定するものではない。チャンネルという
用語は、従来のチャンネル（周波数、時間、符号）のい
ずれか、また、これらの組み合わせのいずれかを示すの
に使用される。空間チャンネルという用語は、本発明独
自の新規概念である。
表記 ベースステーションによりサービスを提供される領域
内で、無線システムのユーザは、そのベースステーショ
ンへ信号を送信し、またそのベースステーションから信
号を受信する。個別のベースバンドユーザ信号をδ
ｒ（ωｉ、θi j、ｔ）で表記する。ここで、 ＊ ｉ＝１・・・・・ｎは、ｎチャンネルのｉ番目を意
味し、例えば、FDMAシステムで周波数チャンネル、FDMA
/TDMAシステムでは周波数−時間スロット、又はFDMA/CD
MAシステムでは周波数チャンネル及び符号を示す。
＊ θi j＝1,・・・・・diは、チャンネルωｉを使用し
たdiユーザのｊ番目の方向を示し、 ＊ ｔは時間の添え字である。
これらのベースバンド信号は、従来なされていたよう
に、信号の変調規約に適切な信号変調器の出力である。
これら変調器に対する入力は、ネットワークのユーザが
送りたいとするメッセージである。ここのメッセージに
対する制限はない：メッセージは、デジタルかアナロ
グ、又はデータか音声でもよい。これらベースバンド信
号は、アップコンバートされ、例えば、RF搬送波を変調
するのに使用され、得られた結果は、従来のシステムで
ユーザにより無指向性で放送される。
従来のシステムでは、異なったチャンネルωｉが、各
共働のユーザに割り当てられ、そのユーザに付いて信号
をベースステーションに送信する。慣例では、第二チャ
ンネルがベースステーションから情報を受信するために
割り当てられる。慣例のように、チャンネルに対するユ
ーザの要求が停止するとき、チャンネルは再割当され
る。
種々のチャンネルの信号は、ベースステーションによ
り同時に受信され、受信機の機能は、入力信号をデマル
チプレックス処理し、ベースバンド信号δｒ（ω1,t）
・・・δｒ（ωn,t）にダウンコンバートされる。その
ような受信機は、一つの入力とｎ箇の出力を持つと見做
すことが可能である。この機能を果たす受信機は、ここ
では、多重チャンネル受信機として参照される。これ
は、図１に図示される。
以上から類推できるように、ベースステーションから
ユーザへ送信されたベースバンド信号は、δtx（ωｉ、
θi j、ｔ）であり、ここで、 ＊ ωｉ、ｉ＝1,・・・,nは、ｎチャンネルのｉ番目で
あり、例えば、FDMAシステムで周波数チャンネル、FDMA
/TDMAシステムでは周波数−時間スロット、又はFDMA/CD
MAシステムでは周波数チャンネル及び符号を示す。
＊ θi j、ｊ＝1,・・・,diは、チャンネルωｉを使用
したdiユーザのｊ番目の方向を示す。
種々のチャンネルのベースバンド信号は、信号を送信
のためにアップコンバートし、マルチプレックス処理す
る送信機への入力となる。そのような送信機は、ｎ箇の
入力と一個の出力を持つと見做すことが可能である。こ
の機能をなす送信機は、ここで多重送信機と呼ばれる。
これは、図１に示される。
説明を進めるために、情報をベースステーションに送
るユーザの数をベースステーションから情報を受け取る
ユーザの数とする。これは、本発明の必要条件ではな
い。更に、ベースステーションに割り当てられたｎチャ
ンネルは、説明の目的のために、対とされ、その一つが
送信であり、残りが受信である。これは、また、本発明
の必要条件ではない。実際に、本発明の一実施例では、
より少ないベースステーション受信（ユーザ送信）チャ
ンネルが、より多くのベースステーション送信（ユーザ
送信）チャンネルを選ぶように選択され、チャンネルの
固定数に対するシステム容量を増加可能としている。こ
の容量増加の能力は、本発明の独自のものである。
到来信号の受信のためのmrアンテナの集合をベースス
テーションが含むと考えてみる。その集合は、ここで
は、受信アンテナアレーと呼ばれる。また、利用される
のは、信号送信のためのmtxアンテナの集合であり、こ
こでは、送信アンテナアレーと呼ばれる。一般に、異な
った構成と異なった動作周波数の二つの物理的に異なっ
たアレーである。しかし、受信と送信が同時になされる
必要がないシステムでは、同じアレーが、受信及び送信
アレーとして動作させてもよい。更に、本発明は、送受
信が異なった周波数である必要もない。
本発明に於ては、複数のユーザが、各チャンネルωｉ
に割り当てられている。（mrアンテナのｋ番目からの信
号を受ける）ｋ番目の多重チャンネル受信機のｉ番目の
出力は以下の形式である： ここで、 ＊ αｋ（ωi,θi j）は、ゲイン、ｋ番目のアンテナの
位相特性、及びθi jから到来した信号に対するｉ番目の
チャンネルの多重チャンネル受信機を意味する。
＊ ni k（ｔ）は、アンテナ、受信装置、干渉源及び雑
音に於ける不完全さを組み込んだ不要雑音項である。
（mrアンテナからの信号を受信する）mr多重チャンネル
受信機１のｉ番目の出力をベクトルに合成すると、次式
が得られる： 以上の説明は、SDMAシステムでのベースステーションで
選択された信号の数学的説明に関する。SDMAシステムの
ベースステーションからの送信を既述する式は、同じ構
造をしている。送信アレーは、mtxの送信素子を含む。
チャンネルのｋ番目の送信機に対する変調信号入力は、
xk tx（ωi,t）で示される。この信号が、ｋ番目の送信
機に入り、他のチャンネルと空間的にマルチプレックス
処理され、搬送波信号にアップコンバートされ、ｋ番目
のアンテナにより送信される。送信機及びアンテナの特
性により、チャンネルωｉのベースバンド信号は、アン
テナから送信されて、以下の媒体中に放送される場合の
方位の関数となる。
yk tx（ωi,θ,t）＝αk tx（ωi,θ）xk tx（ωi,t）
（0.3） ここで、αk tx（ωi,θ）は、ｋ番目のアンテナのゲ
イン及び位相特性と方位θの関数としてのｉ番目のチャ
ンネルの送信機を示す。（mtxアンテナに給電する）mtx
送信機へのｉ番目の入力をベクトルに合成し、チャンネ
ルωｉのすべてのベースバンド信号をからの寄与を加算
すると、以下の式が得られる。
ここで、 ＊ xtx（ωi,t）＝［x1（ωi,t），‥‥,xmtx（ωi,t）］Ｔ ＊ αT tx（ωi,θ）＝［α１（ωi,θ），‥‥，αmtx（ωi,θ）］ この段では、異なったチャンネルは、個別に扱われる。
同じ処理（図４参照）が、各チャンネルωｉに実行され
る。こうして添え字ｉは、以下の説明では除かれ、式
（0.2）は、以下のようになる： ここで、Ar＝［ar（θ１）…ar（θｄ）］及びδ
ｒ（ｔ）＝［δｒ（θj,t），…，δｒ（θd,t）］であ
り、式（0.4）は以下のように書ける： ytx（θ,t）＝aT tx（θ）xtx（ｔ） （0.6） 図４は、一つのチャンネルのSDMAプロセッサのブロッ
ク図である。受信ブロック（図４の42、図７の102、10
4、106）の出力は、xr（ｔ）である。この信号は、空間
分割多重アクセス信号プロセッサ（SDMAP）（図５の4
8）への入力となる。
ベクトルのゲイン及び位相特性のモデル、受信a
r（θ）及び送信aT tx（θ）は、扱う範囲のθに付き既
知であるとする。SDMAPは、既知の特性δｒ（θj,t）、
例えば、トレイニングシーケンス及び定振幅性と共に利
用し、 1. 到来データを適当に圧縮し（図５の160）、 2. チャンネルに存在する信号の数を推定し（図５の16
4）、 3. 到来波面及び他の信号パラメタの到着方位（DOA）
を推定し（図５の170）、 4. チャンネルのユーザの位置を追尾し（図５の17
4）、 5. 受信信号の空間相関構造 を推定し（図５の180）、 6. 以上の推定値及びSDMAコントローラ（図５の72）か
ら情報に基づいて適当な空間デマルチプレックス手法
（図５の180）を計算し、空間デマルチプレクサ（図５
の46及び図７の46）を設定し、個別の到来信号が図６の
50に示されるように分離可能となるようにし、 7. 以上の推定値及びSDMAコントローラ（図５の72）か
ら情報に基づいて適当な空間マルチプレックス手法（図
５の180）を計算し、空間マルチプレクサ（図５の66及
び図９の66）を設定し、多重送信信号が図８に示される
希望受信サイトで互いに干渉しないようにする。
空間デマルチプレクサ（図４の46）は、受信機の出力
xr（ｔ）とSDMAPで計算されたデマルチプレックス手法
とを入力として受け取る。同じチャンネルの求めていな
いユーザをコヒーレントに打ち消す一方、希望信号は、
通過させるために、デマルチプレクサの多重チャンネル
出力は、適当な方法で受信機出力を結合することによっ
て得られたｄ空間チャンネルδｒ（θj,t）、ｊ＝1,・
・・,dのベースバンド信号の推定値を含む。更に、背景
雑音の相対量は、空間マルチプレクサで低減され、従っ
て現在のシステムに比較し出力信号の質を高める。個別
のベースバンド信号は、標準信号復調器（図５の52）に
送られ、そこで、現在のシステムと同様に、メッセージ
は復調され、等化される。
空間デマルチプレクサは、アナログハードウェアかデ
ジタルハードウェアで実現される。アナログの実施例で
は、アナログ−デジタル（A/D）変換は、SDMAPでなさ
れ、デジタルの実施例では、A/D変換は受信機でなされ
る。空間デマルチプレックス処理は、アナログかデジタ
ルでなされて、ベースバンドの適当なA/D変化か又はD/A
変換が、信号復調器とのインタフェースのためになされ
る。
空間マルチプレクサ（図４の66）は、信号変調器（図
４の62）からベースバンドメッセージ信号と、SDMAP（4
8）で計算されたマルチプレックス手法とを入力として
受け取る。多重チャンネル出力は、空間的マルチプレッ
クス処理されて、時間的にマルチプレックス処理され、
アップコンバートされ、送信アレーにより送信されると
き、方向θｊに於けるユーザを意図したメッセージは、 1. 方向θｊにコヒーレントに加算され、 2. 同じチャンネルの他のユーザの方向ではコヒーレン
トに打ち消され、 3. すべての他の方向では、最小となる。
空間マルチプレクサは、すべての空間チャンネルθｊ、
ｊ＝1,・・・,d、に付き同時に以上を実行する。こうし
て、式（0.6）のytx（θ,t）は、xtx（ｔ）を形成する
とき適当にマルチプレックス手法を選択することによっ
てθ＝θｊ、ｊ＝1,・・・,dに付きσtx（θj,t）と等
しくなる。
空間マルチプレクサは、アナログかデジタル技術で実
現される。入力／出力の適当なA/D変換及びD/A変換が信
号変調器及び送信機とのインタフェースのために実行さ
れる。
SDMAの発明の特別の実施例の詳細 SDMAを例示するために、異なったステップの詳細例を
以下に説明する。
データ圧縮 特別の実施例では、データ圧縮は、受信データからの
共変マトリックスを形成することによって実行され、 ここでＮは、データベクトル（即ち、スナップショッ
ト）ｘ（tk）の使用された数である。よく知られている
空間スムージング及び前方−後方アベレージングそのい
ずれかが必要に応じて実行される。この操作は、以下に
より与えられる変換Ｒにより数学的に記述することが可
能である。
RT＝JRJ＊ （0.8） 信号及び雑音のサブ空間Es、Enは、固有値分解（EV
D）及び特異値分解（SVD）といったよく知られている数
学的処理により計算される。
ここで、Σｎ＝JJ- （0.10） Es＝［e1,…,ed］ （0.11） Λｓ＝diag［λ1,…，λｎ］ （0.12） En＝［ed+1,…,emr］ （0.13） Λｎ＝diag［λd+1,…，λmr］ （0.14） これらの式は、データのブロックの処理、即ちバッチモ
ードを記述している。これに替えて、データは、新規デ
ータが利用可能となるに従って以上の量で更新する、再
帰的処理も可能である。この手法は、よく知られてい
る。
信号検波 ある特定の実施例では、信号検波は、最小記述流（MD
L:Mnimum Description Length）、情報規準（AIC:An In
formation Criterion）又は重みサブ空間フィテング（W
SF:Weighted Subspace Fitting）検波といった統計的規
準を用いてなされる。ある特定のチャンネルに局所的に
割り当てられたソースの数に関するSDMAからの情報は、
存在する信号の推定数の下限を設定するのに検波器で使
用される。
信号パラメタ推定器 ある特定の実施例では、最大尤度推定器は、信号パラ
メタ推定値θ、エミッタ信号共変推定値Ｓ、及び雑音分
散推定値σ２を得るために使用される。これらは、以下
のコスト関数を最小にすることによって得られる。
Ｖ（θ,S,σ２）＝log|R|＋ＮTr｛R-1RT｝ （0.15） Ｒ＝JA（θ）SA＊（θ）Ｊ＊＋σ2JJ＊ （0.16） 最小化を実行する手法は、よく知られている。他の実
施例では、信号及び雑音のサブ空間を利用するアルゴリ
ズムは、信号パラメタの推定をするのに使用される。
ソーストラッカ ある特定の実施例では、拡張カルマンフィルタ（EK
F）がDOA推定器からDOA推定値を入力とし、送信機のキ
ネマティック状態の推定値、即ち、時間の関数としての
その位置及び速度を出力する。そのようなフィルタは、
よく知られている（チュイ、前出の論文）（Chui,op.ci
t.）。他の実施例では、複数のユーザからの信号を受信
する複数のベースステーショからのDOAの推定値は、ユ
ーザの位置推定値を得るためにSDMAコントローラのEKF
で処理され、位置推定値は、SDMAコントローラによりベ
ースステーションへ送り返される。更に、他の実施例で
は、既に述べたよく知られた技術を使用して、既知の信
号特性からベースステーションで得られた到着時間（TO
A）情報は、DOA情報に追加して、ユーザの位置を推定す
るのに使用される。全体として、送信の位置に関して利
用できるすべての情報を利用するこの実施例は、好適で
ある。ベースステーショでなされるこの推定結果を利用
してユーザの位置決めをする能力は、本発明独自のもの
である。
デマルチプレクサコントローラ ある特定の実施例に於ては、重みWr＝｛wr（θ），・
・・,wr（θ）｝の適当な集合の計算が、デマルチプレ
ックス処理される各信号δｒ（θk,t）に付き一セット
のwr（θｋ）がなされる。この実施例での適当な重みの
計算は、雑音共変及び信号相関性推定を必要とし、これ
らからロバスト構造的確率信号コピー重みが次のように
計算される： Wr＝（ASA＊＋σ2I＋Ｄ（ΣCRB◎Ｓ）Ｄ＊）-1（AS＋D'（ΣCRB◎Ｓ） （0.17） ここで、 Ａ＝Ａ（θ） （0.18） Ｓ＝（A"（θ）Ａ（θ））-1A-（θ） （Ｒ−σ2I）Ａ（θ）（A"（θ）Ａ（θ））-1 （0.19） Ｄ＝［||a（θ１）/||θ，…,||a（θｄ）/||θ］ （0.21） D'＝［||2a（θ１）/||θ2,…,||2a（θｄ）/||θ２］ （0.22） ΣCRB＝クラメール −ラオのθに付いての限界 （0.23） ◎は、要素乗算を示す。
マルチプレクサコントローラ ある特定の実施例では、デマルチプレックス処理の重
みを計算するためデマルチプレクサにより使用された同
じ数式がマルチプレックスの重みの適当な集合Wtx＝［w
tx（θ１），…,wtx（θｄ）］を計算するために使用さ
れる。各集合wtx（θ）に付き、重みwk tx（θｋ）,k＝
1,…,mtx,がmtx送信アンテナの各々に付き計算される。
重みの一つの集合は、送信される各信号につき計算され
る。
デマルチプレクサ ある特定の実施例で、信号の空間デマルチプレックス
δｒ（θk,t）が、適当な重みwr（θｋ）により受信機
の出力xt（ｔ）をマルチプレックス処理し、次の和を得
て実行される。
δｒ（ｔ）＝Wrxr（ｔ） （0.24） この処理は、以後、信号コピーと呼ぶ。
マルチプレクサ ある特定の実施例では、送信信号の空間デマルチプレ
ックスδtx（θk,t）が、マルチプレックス重みwtx（θ
ｋ）の適当な集合により、個別の信号δtx（θk,t）を
マルチプレックス処理することにより得られる。
xtx（ｔ）＝Wtxδtx（ｔ） （0.25） ここで、δtx（ｔ）［δtx（θ1,t），…，δ
tx（θd,t）］Ｔ SDMAコントローラ SDMAコントローラの機能は、無線ユニットが（周波数
又は符号）チャンネル、時間、及び空間（位置）スペー
スにて一致することがないようにすることである。必要
に応じて、コントローラは、無線ユニットが現在のシス
テムに存在する標準メッセージ手法により別の（周波数
又は符号）チャンネルへ換わるように要求する。ある特
定の実施例では、これは、セル中の全ユーザの近接重み
パラメタを計算することによりなされる。対となったユ
ーザ空間位置の距離（即ち、DOA差）は、二つのDOAに於
ける最大受信アンテナビーム幅に逆比例して重み付けさ
れ、周波数差パラメタは、二値であり、即ち、周波数が
異なれば値は１であり、同じであれば０である。
ユーザｉに割り当てるチャンネルをωｉ、DOAをθｉ
（ｔ）により、DOAiのアレーのビーム幅をθBW i（ｔ）
により示すと、距離Dijは、以下のように書ける： Dij(t)=|θｉ(t)-θｊ(t)|/max{θBW j(t),θBW j(t)} +(1-δ(ωi,ωｊ)γ （0.26） ここで、δ（ωi,ωｊ）は、ωｉ＝ωｊなら、１、ωｉ
≠ωｊなら0oユーザ｛i,j｝の以下なる対に付いてもDij
（ｔ）＜γが成り立てば、γは一実施例では、１に近い
定数であり、周波数再割当は、以下を見いだすことによ
り実行できる。
max｛max（Dik（ts）Dkj（ｔ））｝ （0.27） i,j,k ここで、tsはDij（ｔ）＜γの時刻である。即ち、新
規の距離を最大とする値ｋが選択され、適当なユーザ、
ｉかｋが、ベースステーションへ送信するためにチャン
ネルωｋへ切り替えられる。この同じアルゴリズムが、
単に受信アレーパラメタに替えて式0.27にある送信アン
テナアレーパラメタを置き換えるだけでベースステーシ
ョンがユーザに送信するようにチャンネルを選択する目
的で使用される。他の実施例では、信号強度及び伝播方
向は、よりロバストネスを有すスイッチング手法を開発
するために使用される。代替の実施例では、類似の最適
化が、無線システムを含む多重ベースステーション及び
多重ユーザ間で送信及び受信チャンネルを割り当てるた
めに、ベースステーションスーパバイザにて複数のベー
スステーションからの情報を使用して実行される。
このようにして、本発明は、無線通信ネットワークの
容量を拡大し、品質を改善する方法及び装置であること
が明らかである。共通のチャンネルで情報を同時送信す
る複数のソースの位置は、推定可能であり、個別の信号
波形が再生される。情報は、二方向（フルデュープレッ
クス）通信リンクを損なうような符号間干渉を発生する
ことなく、共通のチャンネルでソースに同時送信され
る。。更に、本発明は移動ソースの追尾、ハンドオフ及
び信号管理問題を緩和し、無線通信システムに於ける現
在及び将来の手法と互換性を有す。
以上の説明は、ある特定のものに付いてのみである
が、これらは本発明の範囲を制限するものではなく、一
つの好適な実施例及び利用例と解釈されるべきである。
他の多くの均等な構成が、請求の範囲による本発明の精
神及び範囲を逸脱する。他の多くの均等な構成が、請求
の範囲による本発明の精神及び範囲を逸脱することなく
可能である。例えば、代替実施例は、以下のように可能
である。
1. 所定のセルサイト位置により提供されたサービスの
品質をモニタするのに利用する。
2. 求める方向にのみ信号を送信することによって保全
性を高め、従って不要な輻射を制限する。
3. 移動ユニット上に設けられ、従って移動ユニットに
以上述べた多数の効果をもたらし、更に、移動ユニット
が指向性をもって互いに送信し、受信するポイントツー
ポイントの能力を与える。
従って、本発明の範囲は、以上説明した実施例によら
ず、請求の範囲及び法的均等の範囲によってのみ決定さ
れねばならない。
図面の参照番号 20.移動ユニット１送信機及び受信機 22.移動ユニット２送信機及び受信機 24.移動ユニットｄ送信機及び受信機 26.従来の多重チャンネルの受信機 28.従来の多重チャンネルの受信機のチャンネル１出力 30.従来の多重チャンネルの受信機のチャンネル２出力 32.従来の多重チャンネルの受信機のチャンネルｄ出力 34.従来の多重チャンネルの送信機へのチャンネル１入
力 36.従来の多重チャンネルの送信機へのチャンネル２入
力 38.従来の多重チャンネルの送信機へのチャンネルｄ入
力 40.従来の多重チャンネル送信機 42.従来の多重チャンネルの受信機 44.従来の多重チャンネルの受信機出力 46.空間デマルチプレクサ 48.空間分割多重アクセス信号プロセッス（SDMAP） 50.空間デマルチプレックス処理された信号 52.信号復調器 54.スイッチングネットワークへの復調された信号 56.ワイドエリアネットワーク 58.スイッチングネットワーク 60.スイッチングネットワークからの信号 62.信号変調器 64.送信される変調信号 66.空間マルチプレクサ 68.送信機への空間マルチプレックス処理された信号 70.従来の多重チャンネル送信機 72.中央コントローラ 74.空間マルチプレクサコントロール信号 76.空間デマルチプレクサコントロール信号 78.中央コントローラ/SDMAP通信リンク 100.ベースステーションで受信された空間結合された信
号 102.アンテナ１の多重チャンネル受信機 104.アンテナ２の多重チャンネル受信機 106.アンテナmrの多重チャンネル受信機 112.受信機１からのチャンネル１の出力 114.受信機２からのチャンネル１の出力 116.受信機mrからのチャンネル１の出力 120.SDMAP及び空間デマルチプレクサ 122.空間デマルチプレクサ出力１ 124.空間デマルチプレクサ出力２ 126.空間デマルチプレクサ出力ｄ 132.チャンネル１空間マルチプレクサへの信号１入力 134.チャンネル１空間マルチプレクサへの信号２入力 136.チャンネル１空間マルチプレクサへの信号ｄ入力 138.SDMAP及び空間マルチプレクサ 142.送信機１チャンネル１への信号入力 144.送信機２チャンネル１への信号入力 146.送信機mtxチャンネル１への信号入力 152.アンテナ１の多重チャンネル送信機 154.アンテナ２の多重チャンネル送信機 156.アンテナmtxの多重チャンネル送信機 160.データ圧縮器 162.データ圧縮器から信号検波器への信号 164.信号検波器 166.データ圧縮器からソーストラッカへの信号 168.信号検波器からパラメタ推定器への信号 170.パラメタ推定器 172.パラメタ推定器からソーストラッカへの信号 174.ソーストラッカ 176.ソーストラッカ出力 178.空間デマルチプレクサコントローラ 180.空間マルチプレクサコントローラ 182.中央コントローラへのトラッカ出力 184.SDMAPへの中央コントローラ信号 190.ベースステーション１ 192.ベースステーションスーパバイザへのベースステー
ション１リンク 194.ベースステーション２ 196.ベースステーションスーパバイザへのベースステー
ション２リンク 198.ベースステーションスーパバイザへのベースステー
ショnbリンク 200.ベースステーションnb 202.チャンネル１のSDMAプロセッサ 204.チャンネル２のSDMAプロセッサ 206.チャンネルｎのSDMAプロセッサ 220.ベースステーションスーパバイザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−139135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−214643（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−273723（ＪＰ，Ａ) 米国特許4965732（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 7/26 H04Q 7/04 - 7/38

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】異なる空間位置においてユーザにより送信
    されるアップリンク信号を受信するベースステーション
    を含む無線システムにおいて、 前記ベースステーションにおいて、前記ユーザからの到
    達信号の組合せを検出する複数の受信アンテナを含む受
    信手段を備え、前記受信手段は、更に、前記ユーザから
    の複数のアップリンクチャンネルについて前記受信アン
    テナからの到達信号の組合せを得る複数の多重チャンネ
    ル受信機から成り、各多重チャンネル受信機は、各アッ
    プリンクチャンネルについて１つのチャンネルを有し、 前記ベースステーションにおいて前記到達信号の組合せ
    を処理する処理手段を備え、前記処理手段は、前記到達
    信号の組合せを使用して計算された共変マトリックスの
    固有値を用いた統計的な方法を使用して前記アップリン
    クの各々において多数の到達信号を決定する手段を含
    み、 前記到達信号の到達方向を含む前記到達信号のパラメー
    タを得る手段を備え、 前記到達信号のパラメータ及び組合せから前記ユーザの
    位置を含むユーザパラメータを追尾する手段を備え、 前記到達信号の組合せ及びパラメータ並びに前記ユーザ
    パラメータから前記アップリンク信号の各々の推定を得
    る空間デマルチプレックス手段を備える、 ことを特徴とする無線システム。
  2. 【請求項２】前記アップリンク信号の前記推定を得る前
    記空間デマルチプレックス手段は、 前記アップリンクチャンネルの各々において前記受信ア
    ンテナから前記到達信号パラメータ、前記ユーザパラメ
    ータ及び前記到達信号の組合せを使用して前記到達信号
    を得る手段と、 前記アップリンクチャンネルの各々における前記到達信
    号を前記アップリンクチャンネルの各々における前記ユ
    ーザと結び付ける手段と、 前記アップリンクチャンネルの各々における前記ユーザ
    の各々と結び付けられた前記アップリンクチャンネルの
    各々における前記到達信号を結合して前記アップリンク
    信号の推定を得る手段と、 を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の無線
    システム。
  3. 【請求項３】前記ベースステーションは、複数のベース
    ステーションの一つであり、更に、 各ユーザを前記アップリンクチャンネルの一つに割り当
    てる手段と、 前記到達信号の組合せを空間デマルチプレックス処理す
    るための前記ベースステーションの少なくとも一つを選
    択して前記アップリンクチャンネルにおいて送信された
    アップリンク信号を得る手段と、 を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の無線
    システム。
  4. 【請求項４】ベースステーションから前記ベースステー
    ションから遠い位置にあるユーザへダウンリンクチャン
    ネルでダウンリンク信号を通信するための無線システム
    において、 ダウンリンクチャンネルで前記ベースステーションから
    前記ユーザへ送信すべきダウンリンク信号を結合する空
    間マルチプレックス手段を備え、 結合されたダウンリンク信号を送信するように前記空間
    マルチプレックス手段に接続され且つ複数の送信アンテ
    ナと多重チャンネル送信機とを含む送信手段を備え、各
    送信アンテナについて一つの多重チャンネル送信機が設
    けられ、前記ダウンリンクチャンネルの各々について前
    記多重チャンネル送信機の各々の一つのチャンネルが設
    けられ、 それにより、前記ダウンリンク信号は、空間選択方式で
    前記ユーザに送信される、 ことを特徴とする無線システム。
  5. 【請求項５】ベースステーションから前記ベースステー
    ションから遠い位置にあるユーザへダウンリンク信号を
    通信するための無線システムにおいて、 ダウンリンクチャンネルで前記ベースステーションから
    前記ユーザへ送信すべきダウンリンク信号を結合する空
    間マルチプレックス手段を備え、 結合されたダウンリンク信号を送信するように前記空間
    マルチプレックス手段に接続され且つ複数の送信アンテ
    ナと多重チャンネル送信機とを含む送信手段を備え、各
    送信アンテナについて一つの多重チャンネル送信機が設
    けられ、前記ダウンリンクチャンネルの各々について前
    記多重チャンネル送信機の各々の一つのチャンネルが設
    けられ、 それにより、前記ダウンリンク信号は、空間選択方式で
    前記ユーザに送信され、 更に、前記ベースステーションは、複数のベースステー
    ションの一つであり、 前記空間マルチプレックス手段は、前記ダウンリンク信
    号の各々を各ユーザに送信するために前記複数のベース
    ステーションから少なくとも一つのベースステーション
    を選択する手段を含み、 前記空間マルチプレックス手段は、前記選択された少な
    くとも一つのベースステーションにおいて前記送信アン
    テナの各々について及び前記ダウンリンクチャンネルの
    各々について前記ダウンリンク信号を結合する手段を含
    む、 ことを特徴とする無線システム。
  6. 【請求項６】更に、前記ユーザの各々を１つのダウンリ
    ンクチャンネルに割り当てる手段を備えることを特徴と
    する請求の範囲第５項に記載の無線システム。
  7. 【請求項７】ベースステーションと前記ベースステーシ
    ョンから物理的に遠いユーザとの間のダウンリンク信号
    及びアップリンク信号の完全二重通信のための無線シス
    テムにおいて、 前記アップリンクチャンネルにおいて前記ユーザからの
    到達信号の組合せを検出するように前記ベースステーシ
    ョンに設けられ且つ複数の受信アンテナ及び多重チャン
    ネル受信機を含む受信手段を備え、前記受信アンテナの
    各々について１つの多重チャンネル受信機が設けられ、
    前記多重チャンネル受信機の各々の各チャンネルは１つ
    のアップリンクチャンネルの専用であり、 各アップリンクチャンネルにおいて前記到達信号の組合
    せを処理する処理手段を備え、前記処理手段は、 前記到達信号の組合せを使用して計算された共変マトリ
    ックスの固有値を用いた統計的な方法を使用することに
    より前記アップリンクの各々において多数の到達信号を
    決定する手段と、 前記到達信号の到達方向を含む前記到達信号のパラメー
    タを得る手段と、 前記到達信号のパラメータ及び組合せから前記ユーザの
    位置を含むユーザパラメータを追尾する手段と、 を含み、 前記到達信号の組合せ及びパラメータ並びに前記ユーザ
    パラメータから各アップリンクチャンネルにおけるアッ
    プリンク信号の推定を得る空間デマルチプレックス手段
    を備え、 前記到達信号のパラメータ及び前記ユーザパラメータを
    使用して少なくとも１つのダウンリンクチャンネルにお
    ける前記ベースステーションから前記ユーザへのダウン
    リンク信号を結合する空間マルチプレックス手段を備
    え、 結合されたダウンリンク信号を送信するように前記空間
    マルチプレックス手段に接続され且つ複数の送信アンテ
    ナと多重チャンネル送信機とを含む送信手段を備え、前
    記送信アンテナの各々について一つの多重チャンネル送
    信機が設けられ、前記多重チャンネル送信機の１つのチ
    ャンネルは、１つのダウンリンクチャンネルに、及び、
    前記少なくとも１つのダウンリンクチャンネルにおける
    前記ユーザへの前記ダウンリンク信号の空間送信に専用
    であり、 それにより、多数のアップリンクチャンネルで前記ユー
    ザから多数アップリンク信号を受信すること及び多数の
    ダウンリンクチャンネルで前記ユーザへ多数のダウンリ
    ンク信号を送信することが同時に行われる、 ことを特徴とする無線システム。
  8. 【請求項８】前記空間デマルチプレックス手段は、 前記アップリンクチャンネルの各々において前記受信ア
    ンテナから前記到達信号のパラメータ及び前記到達信号
    の組合せを使用してチャンネルの干渉及びノイズを低減
    する手段と、 前記アップリンクチャンネルの各々における前記到達信
    号を前記アップリンクチャンネルの各々における前記ユ
    ーザと結び付ける手段と、 前記アップリンクチャンネルの各々における前記ユーザ
    の各々と結び付けられた前記アップリンクチャンネルの
    各々における前記到達信号を結合して前記アップリンク
    信号の推定を得る手段と、 を含むことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の無線
    システム。
  9. 【請求項９】前記ベースステーションは、複数のベース
    ステーションの一つであり、 更に、前記ダウンリンク信号の各々を各ユーザに送信す
    るために前記複数のベースステーションから少なくとも
    一つのベースステーションを選択する手段を備え、 前記空間マルチプレックス手段は、前記選択された少な
    くとも一つのベースステーションにおいて前記送信アン
    テナの各々について及び前記ダウンリンクチャンネルの
    各々について前記ダウンリンク信号を結合する手段を含
    む、 ことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の無線システ
    ム。
  10. 【請求項１０】前記ベースステーションは、複数のベー
    スステーションの一つであり、更に、 前記ユーザの各々を１つのアップリンクチャンネルに割
    り当てる手段と、 前記測定値を空間デマルチプレックス処理するための前
    記ベースステーションの少なくとも一つを選択して前記
    アップリンクチャンネルにおける前記アップリンク信号
    の前記推定を得る手段と、 を含むことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の無線
    システム。
  11. 【請求項１１】前記ベースステーションは、複数のベー
    スステーションの一つであり、更に、 前記ユーザの各々を１つのダウンリンクチャンネルに割
    り当てる手段と、 割り当てられたダウンリンクチャンネルで前記ダウンリ
    ンク信号の各々を前記ユーザの各々へ送信するために前
    記ベースステーションの少なくとも一つを選択する手段
    と、 を含むことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の無線
    システム。
  12. 【請求項１２】少なくとも１つのベースステーションか
    ら遠隔の位置にある少なくとも１つの送信機により送信
    される送信信号を受信する無線システムにおいて、 前記ベースステーションにより受信される受信信号の測
    定をする複数の受信アンテナを含む受信手段を備え、前
    記受信信号は、少なくとも１つの送信機により送信され
    る信号から得られ、前記測定の結果は、前記送信信号の
    異なった組合せを含み、 前記受信信号の数を推定し、前記受信信号のパラメータ
    を推定する処理手段を備え、 前記推定された受信信号の数と前記推定された受信信号
    のパラメータを使用して前記受信信号を分離することに
    より前記測定の結果から前記送信信号を得て、前記受信
    信号を前記少なくとも１つの送信機の各々と結び付ける
    空間デマルチプレックス手段を備え、 それにより、前記受信信号の数、前記受信信号のパラメ
    ータ及び各送信機により送信された信号が既知となる、 ことを特徴とする無線システム。
  13. 【請求項１３】空間分布されたユーザにより送信される
    信号を受信する無線通信システムにおいて、 受信した信号の測定を行う複数の空間分布受信アンテナ
    を含む受信手段を備え、前記受信信号は、前記ユーザに
    より送信される信号から得られ、前記アンテナの各々に
    より行われた測定の結果は、前記送信信号の異なった組
    合せを含み、 前記受信信号の数を統計分析により推定する統計分析手
    段と、前記受信信号のパラメータを推定するパラメータ
    推定手段とを含む処理手段を備え、 前記受信信号は、共通の通信チャネルで前記ユーザによ
    り送信された信号から得られ、 前記パラメータ推定手段は、前記受信アンテナに関する
    所定の又は習得した情報を使用して前記受信信号のパラ
    メータを推定するように構成され、 前記受信信号の各々と前記ユーザの各々とを結び付ける
    ことにより前記推定された受信信号の数及び前記推定さ
    れた受信信号のパラメータを使用して前記測定結果から
    前記送信信号を得る空間デマルチプレックス手段を備え
    る、 ことを特徴とする無線通信システム。
  14. 【請求項１４】前記受信手段は、複数のチャンネルにつ
    いて前記受信アンテナから前記測定結果を得る複数の多
    重チャンネル受信機を含み、各多重チャンネル受信機
    は、前記複数のチャンネルの各々について１つのチャン
    ネルを有することを特徴とする請求の範囲第13項に記載
    の無線通信システム。
  15. 【請求項１５】前記統計分析手段は、前記測定結果を使
    用して計算された共変マトリックスの固有値を用いた統
    計的な方法を使用することにより前記受信信号の見掛け
    の数を決定する手段を含み、 前記パラメータ推定手段は、前記測定結果に基づく適当
    な基準及び前記パラメータについての前記測定結果のモ
    デルから前記パラメータを得るために最適化手段を使用
    して前記測定結果から前記受信信号の実際の数を決定す
    る手段を含み、 前記処理手段は、前記パラメータ及び前記測定結果から
    前記ユーザの位置を追尾する推定手段を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第13項に記載の無線通信シ
    ステム。
  16. 【請求項１６】前記空間デマルチプレックス手段は、前
    記ユーザの各々と結び付けられた前記受信信号を結合す
    る手段を含むことを特徴とする請求の範囲第15項に記載
    の無線通信システム。
  17. 【請求項１７】前記受信手段、前記処理手段及び前記空
    間デマルチプレックス手段が複数個分布され、更に、前
    記ユーザの各々を前記チャンネルの１つに割り当て、前
    記測定結果を空間デマルチプレックスする前記空間デマ
    ルチプレックス手段の少なくとも１つを選択して、前記
    チャンネルの各々において前記送信された信号を得る手
    段を備えることを特徴とする請求の範囲第14項に記載の
    無線通信システム。
  18. 【請求項１８】複数の空間分布されたユーザへ信号を送
    信する無線通信システムにおいて、 複数のチャンネルの各チャンネルで前記ユーザへ送信さ
    れるべき信号を空間マルチプレックス処理して前記チャ
    ンネルの各々について複数の異なった信号の組合せを形
    成する空間マルチプレックス手段を備え、 前記空間マルチプレックス処理された信号を前記ユーザ
    へ送信するために複数の送信アンテナと複数の多重チャ
    ンネル送信機を含む送信手段を備え、前記送信手段は、
    前記送信アンテナの各々について前記多重チャンネル送
    信機の１つを有し、前記チャンネルの各々について前記
    多重チャンネル送信機の１つのチャンネルが設けられ、
    前記送信アンテナの各々は、１つの異なる信号の組合せ
    を受信するように構成され、それにより前記チャンネル
    の各々における前記信号が空間指向方式で前記ユーザへ
    送信されるようになっている、 ことを特徴とする無線通信システム。
  19. 【請求項１９】前記空間マルチプレックス手段及び前記
    送信手段が複数個分布され、 更に、前記ユーザへ送信すべき前記信号の各々に関して
    前記信号を前記ユーザへ送信する前記送信手段を個々に
    選択する手段を備え、 前記ユーザの位置及び前記送信アンテナのパラメータを
    使用して前記送信アンテナの各々について１つづつ前記
    信号の組合せについて構成信号を選択し、前記マルチプ
    レックス手段を制御して前記チャンネルの各々において
    前記構成信号を組合せることにより前記送信アンテナの
    各々により送信されるべき信号を発生する手段を備え
    る、 ことを特徴とする請求の範囲第18項に記載の無線通信シ
    ステム。
  20. 【請求項２０】更に、前記ユーザの各々を前記チャンネ
    ルの１つに割り当てる手段を備えることを特徴とする請
    求の範囲第19項に記載の無線通信システム。
  21. 【請求項２１】空間分布されたユーザへ信号を送信し及
    びそこから信号を受信する無線通信システムにおいて、 少なくとも１つの受信チャンネルについて複数の空間分
    布受信アンテナと複数の受信機を含み、前記受信チャン
    ネルの各々における受信信号の測定を行う受信手段を備
    え、前記受信信号は、前記ユーザにより送信される信号
    から得られ、前記アンテナの各々により行われた測定の
    結果は、前記受信チャンネルの各々における前記送信信
    号の異なった組合せを含み、 前記受信信号の数を統計分析により推定する統計分析手
    段と、前記受信信号のパラメータを推定するパラメータ
    推定手段とを含む処理手段を備え、 前記受信信号は、共通の通信チャンネルで前記ユーザに
    より送信された信号から得られ、 前記パラメータ推定手段は、前記受信アンテナに関する
    所定の情報を使用して前記受信信号のパラメータを推定
    するように構成され、 更に、前記受信信号の各々と前記ユーザの各々とを結び
    付けることにより前記受信信号の数及び前記受信信号の
    パラメータを使用して前記測定結果から前記受信チャン
    ネルの各々において前記送信信号を得る空間デマルチプ
    レックス手段を備え、 前記パラメータを使用して少なくとも１つの送信チャン
    ネルで前記ユーザへ送信されるべき信号を空間マルチプ
    レックス処理して前記送信チャンネルの各々について複
    数の異なった信号の組合せを形成する空間マルチプレッ
    クス手段を備え、 前記空間マルチプレックス処理された信号を前記ユーザ
    へ送信するために複数の送信アンテナと複数の多重チャ
    ンネル送信機を含む送信手段を備え、前記送信手段は、
    前記送信アンテナの各々について前記多重チャンネル送
    信機を１つ有し、前記送信チャンネルの各々について前
    記多重チャンネル送信機の１つのチャンネルが設けら
    れ、前記送信チャンネルの各々は、１つの異なる信号の
    組合せを受信するように構成され、それにより前記チャ
    ンネルの各々における前記信号が空間指向方式で前記ユ
    ーザへ送信されるようになっており、 前記無線通信システムは、多数のチャンネルで前記ユー
    ザから多数の信号を受信すること及び多数のチャンネル
    で前記ユーザへ多数の信号を送信することが同時に行わ
    れ、それにより、前記ユーザの各々について１つづつ複
    数の完全二重通信リンクが確立される、 ことを特徴とする無線通信システム。
  22. 【請求項２２】前記統計分析手段は、前記測定結果を使
    用して計算された共変マトリックスの固有値を用いた統
    計的な方法を使用することにより前記受信信号の見掛け
    の数を決定する手段を含み、 前記パラメータ推定手段は、前記測定結果に基づく適当
    な基準及び前記パラメータについての前記測定結果のモ
    デルから前記パラメータを得るために最適化手段を使用
    して前記測定結果から前記受信信号の実際の数を決定す
    る手段を含み、 前記処理手段は、前記パラメータ及び前記測定結果から
    前記ユーザの位置を追尾する推定手段を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第21項に記載の無線通信シ
    ステム。
  23. 【請求項２３】前記空間デマルチプレックス手段は、前
    記ユーザの各々と結び付けられた前記受信信号を結合す
    る手段を含むことを特徴とする請求の範囲第21項に記載
    の無線通信システム。
  24. 【請求項２４】前記空間マルチプレックス手段及び前記
    送信手段が複数個分布され、 更に、前記ユーザへ送信すべき前記信号の各々に関して
    前記信号を前記ユーザへ送信する前記送信手段を個々に
    選択する手段を備え、 前記ユーザの位置及び前記送信アンテナのパラメータを
    使用して前記送信アンテナの各々について１つづつ前記
    信号の組合せについて前記送信チャンネルにおいて構成
    信号を選択し、前記マルチプレックス手段を制御して前
    記チャンネルの各々において前記構成信号を組合せるこ
    とにより前記送信アンテナの各々により送信されるべき
    信号を発生する手段を備える、 ことを特徴とする請求の範囲第21項に記載の無線通信シ
    ステム。
  25. 【請求項２５】前記受信手段、前記処理手段及び前記空
    間デマルチプレックス手段が複数個分布され、更に、前
    記ユーザの各々を前記受信チャンネルの１つに割り当
    て、前記測定結果を空間デマルチプレックスする前記空
    間デマルチプレックス手段の少なくとも１つを選択し
    て、前記受信チャンネルの各々において前記送信信号を
    得る手段を備えることを特徴とする請求の範囲第21項に
    記載の無線通信システム。
  26. 【請求項２６】更に、前記ユーザの各々を前記送信チャ
    ンネルの１つに割り当て、前記送信チャンネルで前記ユ
    ーザへ送信すべき前記信号を空間マルチプレックスする
    前記空間マルチプレックス手段の少なくとも１つを選択
    する手段を備えることを特徴とする請求の範囲第21項に
    記載の無線通信システム。
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