JPH10501395A - アンテナ用ダイバシティ結合 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数のアンテナを設け、その各々がより大きなセルの分離したまたは部分的に分離した領域を覆うようにすることによって、アンテナ構成が基地局の感度を高める。各アンテナの受信機が移動局から送信された信号を受信する。各受信機には等化器が取り付けられ、受信信号を補正する。次いで、結合器が異なるアンテナからの受信信号を結合し、送信信号の予測値を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 アンテナ用ダイバシティ結合発明の分野 本発明は、セルラ通信システムにおいて基地局が使用するためのアンテナ構成 に関し、更に特定すれば、複数のアンテナから成り、セルラ通信システムの感度 を高め範囲を拡大するアンテナ構成に関するものである。開示の背景 近年、無線を基本とした電話(telephony)の重要性が急速に高まってきた。そ の多くの理由の中には、ユーザに柔軟性を付加したこと、および固定電話ネット ワークにおいて必要とされるケーブルの設置が比較的高価であることが含まれる 。無線を基本とした電話システムは、所謂セルで構成され、その各々がある無線 基地局からの有効範囲において無線を受信する。一方、基地局は特殊交換ノード を介して固定電話ネットワークに接続されている。典型的なセルラ通信システム を第１図に示す。 第１図は、典型的なセルラ移動無線通信システムにおける、セルＣ１〜Ｃ１０ を示す。通常、セルラ移動無線システムは、１０個以上のセルで実施される。し かしながら、簡略化という目的のために、本発明は、図１に示す簡略化表現を用 いて説明することができる。各セルＣ１〜Ｃ１０に対して、対応するセルと同じ 参照番号の基地局Ｂ１〜Ｂ１０がある。第１図は、基地局がセルの中心付近に位 置し、全方向性アンテナを有するものとして示している。基地局は、セルの境界 に位置し、指向性アンテナを使用することも可能である。 また、第１図は、９台の移動局Ｍ１〜Ｍ９を示している。これらは、１つのセ ルの範囲内で、およびセル間を移動可能である。典型的なセルラ無線システムで は、通常９台を越える移動局がある。実際、典型的には基地局の何倍もの数の移 動局がある。しかしながら、本発明を説明するという目的のためには、少数の移 動局で十分である。 また、第１図には、移動交換センタＭＳＣ(mobile switching center)も示し ている。移動交換センタＭＳＣは、１０箇所の基地局全てに、ケーブルで接続さ れている。また、移動交換センタＭＳＣは、ケーブルによって、固定電話交換ネ ットワークまたは同様の固定ネットワークに接続されている。移動交換センタＭ ＳＣから基地局Ｂ１〜Ｂ１０までのケーブルおよび固定ネットワークへのケーブ ルは、全てが図示されている訳ではない。 図示した移動交換センタＭＳＣに加えて、第１図に示すもの以外の基地局にケ ーブルで結合されている、更に別の移動交換センタがある場合もある。ケーブル の代わりに、例えば、固定無線リンクのような他の手段を用いて、基地局を移動 交換センタに接続することも可能である。移動交換センタＭＳＣ、基地局、およ び移動局は全て、コンピュータ制御されている。 セルラ通信システムの普及率が高まるにつれて、既存のセルラ・システムは増 増混雑するようになる。その結果、セルラ・システムの範囲および／または容量 を増大することが望ましくなる。更に、新たなセルラ通信システムのコストを低 減させることも望ましい。コストを下げる方法の１つは、ある領域を担当するた めに使用する基地局の数を減らすことである。しかしながら、各基地局の範囲を 拡張するにつれて、移動局の出力電力を変えない場合、各基地局の受信機の感度 も高める必要がある。 現在のデジタル・セルラ・システムは、時間および周波数の直交性(orthogona lity)を用いて移動信号を分離する基地局を採用している。ある移動局からの信 号は基地局に伝搬し、この信号は単一のまたは、ときとして、二重アンテナにお いて受信される。二重アンテナは、例えば、約２０波長程に接近配置されている 。受信機は、時間および周波数の直交性を用いてこの信号を処理し、異なるユー ザからの信号を分離する。周波数ホッピングおよび先進の符号化技術のような技 術は、同一チャネル干渉(co-channel interference)を低下させる方法を提供す るが、これらの技術は、本来使用可能な周波数スペクトルによる制限を受ける。 しかしながら、適応型アンテナの方向性感度を用いると、同一チャネル干渉を低 減させる新たな方法が提供される。適応型アンテナは、空間的に分散されたアン テナのアレイで構成される。複数の送信機からの信号がアレイに入射突する。ア ンテナ出力を適正に結合することによって、受信された重複信号が同 一周波数帯を占めるものであっても、これから個々の信号を抽出することができ る。更に、ビーム形成マトリクス(beamforming matrix)を用いて、アンテナ・ア レイの受信パターンを整形することができる。その結果、ビーム形成マトリクス は、各々セルのある部分に対応する複数の出力を有することになる。そして、検 出信号を分析するときには、最良の出力の結合を用いる。発明の概要 本発明の目的は、セルラ通信システム内の各基地局の感度を高めることによっ て、セルラ通信システムの範囲を広げることである。基地局の感度を高めるには 、複数のアンテナを設け、各々がより大きなセルの分離したまたは部分的に分離 した領域を覆うようにする。本発明では、１つ以上のアンテナによって覆われる 領域内に位置する移動局からの信号を自動的に結合することによって、移動局が 大きなセル内で移動する際に、このセル内の異なる領域間で自動的で円滑な遷移 が行われるようにする。本発明の他の目的は、アンテナ数、アンテナの形式、ア ンテナの配置を、その配置に対する強い制約を全く受けることなく、変化させる ことができる、柔軟性のあるシステムを提供することである。 本発明の一実施例によれば、複数の基地局と複数の移動局とを有するセルラ通 信システムが開示される。各基地局は、分離したまたは部分的に分離した領域を 覆う、同一のまたは異なるアンテナ設置位置に配置された複数のアンテナに接続 されている。加えて、各アンテナ用に受信手段が設けられ、移動局から送信され た信号を受信する。等化手段が各受信機に取り付けられ、受信信号の補正を行う 。最後に、結合手段が異なるアンテナからの受信信号を結合し、送信信号の予測 値を形成する。 本発明の他の実施例によれば、前記アンテナ設置位置にアンテナ・アレイを配 置することができる。アンテナ・アレイを１箇所のアンテナ設置位置で使用する 場合、ビーム形成手段を用いて、セルの分離したまたは部分的に分離した複数の ビームを発生することができる。図面の簡単な説明 これより、本発明の好適実施例を参照して、本発明をより詳細に説明する。添 付図面に示す好適実施例は一例として与えられるに過ぎない。即ち、 第１図は、典型的なセルラ無線通信システムを示す。 第２図は、本発明の一実施例によるセルラ通信システムにおけるセルを示す。 第３図は、本発明の一実施例による受信機の構造を示す。 第４図は、本発明の一実施例によるセルラ通信システムにおけるセルを示す。 第５図は、本発明の他の実施例による受信機の構造を示す。 第６図は、本発明の一実施例によるセルラ通信システムにおけるセルを示す。 第７図は、本発明の一実施例による、受信機の構造を示す。開示の詳細な説明 本発明は、主に、セルラ通信システムにおいての使用を意図したものであるが 、本発明は他の様々な通信用途においても使用可能であることは、当業者には理 解されよう。 これより第２図を参照しながら、本発明の一実施例について説明する。第２図 は、より大きなセルラ通信システムの一部である、１つのセル１０を示す。この 例では、セル１０は、基地局１２と、４本のアンテナ１４，１６，１８，および ２０を含み、アンテナは異なるアンテナ設置位置に配置されている。本発明は、 １つのセルの中に、あらゆる複数の異なるアンテナ設置位置を構成可能であるこ とは、当業者には理解されよう。基地局１２に４本のアンテナを設けることによ って、セル１０のサイズは、移動局の電力を増加させることなく、単一のアンテ ナ・セルのサイズの４倍とすることができる。各アンテナは、なんらかの方法で 基地局１２に接続され、各アンテナによって受信される信号は基地局１２に送ら れるようになっている。例えば、ケーブル、光学通信手段、または無線通信手段 によって、アンテナを基地局に接続することができる。 第３図に示すように、各アンテナはそれ自体の低ノイズ増幅器３０、無線受信 機３２、および等化器３４に接続されている。低ノイズ増幅器３０は、当該アン テナによって受信された信号を増幅する。増幅された信号は、次に、受信機３２ によって、公知の方法で処理される。次いで、これらの信号は等化器３４に送ら れ、受信信号に対して公知の方法でソフト値(soft value)が形成される。等化器 によって形成されるソフト値は、検出されたシンボルが実際に送信されたシンボ ルであるか否かという確信度に関する情報を含む。例えば、二進信号の便利な表 現法は＋１と−１である。ソフト値を合計して０になった場合、等化器は何が送 られたのかわからない。しかしながら、正値は＋１のシンボルが送られたことを 示し、負値は−１のシンボルが送られたことを示す。正または負の値が大きい程 、等化器の検出されるシンボルに対する確信度は大きくなる。本発明によれば、 各信号に対する各等化器からのソフト値を、基地局の結合器３６において、最大 比結合(maximal ratio combining)のような公知の方法で結合する。アンテナお よび基地局において含まれる構成物間の分割線は、低ノイズ増幅器３０と結合器 ３６との間のどこにでも配置可能であることは、当業者には理解されよう。 本発明の他の実施例では、等化器３４と結合器３６との間にスケルチ手段４２ を結合し、例えば、所定値より低い受信信号エネルギまたは品質、可調節値より 低い受信信号エネルギまたは品質を有するアンテナ・ブランチを切断したり、あ るいは最も受信信号エネルギまたは品質が低いある数のブランチを切断すること ができる。この場合、切断されるブランチの数は、ブランチの数とアンテナのコ ンスタレーションとによって決まる。また、スケルチは、例えば、所望の移動機 と同じトレーニング・シーケンス(training sequence)で、同一チャネル干渉物 の存在を示すことができる履歴情報に基づいて、アンテナ・ブランチを切断する ことも可能である。上述の選択肢は、等化器によって左右され、更に間接的にト レーニング・シーケンスによっても左右される。例えば、既知の理想的なチャネ ルで、実施損失(implementation loss)がない場合を仮定すると、等化器は完全 なソフト値を送出し、単に全てのブランチからのソフト値を合計することによっ て最大比結合が得られる。結果的に、この例ではスケルチは必要とされない。 第２図に戻って、アンテナは全て分離したまたは部分的に分離した領域を覆う 。したがって、４本のアンテナは、移動局の電力を増加させることなく、単一ア ンテナのセルよりも４倍大きな領域を有するセルを覆うことができる。移動局２ ２が、アンテナ１６および１８双方によって覆われている領域内に位置する場合 、基地局１２に送信される信号は、アンテナ１６および１８によって受信される 。受信された信号は、次に、先の記載にしたがって、各アンテナにおいて処理さ れる。次いで、各等化器からのソフト値が、基地局１２において、自動的に結合 される。異なるアンテナからの信号を結合することによって、基地局は受信信号 の よりよい予測値を発生する。更に、信号は自動的に結合されるので、本発明は、 移動局があるセル１０内においてある有効領域から他の有効領域に移動するとき に、ハンドオーバ(handover)を行う必要がない。 本発明の他の実施例によれば、第４図に示すように、複数のアンテナを同一の アンテナ設置位置に配置することができる。第４図では、４本のアンテナ５２， ５４，５６，および５８は、１つのアンテナ設置位置周囲に配置されている。こ の実施例では、各アンテナは大きなセル５０の約１／４のみを覆う。４本のアン テナからの信号を結合した後では、これらのアンテナはセル５０全体を覆うこと になる。 第５図に示すように、１箇所のアンテナ設置位置が１本のアンテナ・アレイを 含むとき、低ノイズ増幅器３０の前または後ろのいずれかに、ビーム形成マトリ クス４０を含ませることができる。ビーム形成マトリクス４０は複数のビームを 形成し、各ビームはセルの分離したまたは部分的に分離した部分を覆う。第６図 および第７図に示すように、ビーム形成マトリクスは、セルの部分の各々に対し て出力を有する。ビーム形成マトリクスは、出力７２が大きなセル６０の部分Ａ を覆い、出力７４が部分Ｂを覆い、出力７６が部分Ｃを覆い、出力７８が部分Ｄ を覆うように使用することができる。この場合、前記部分は分離または部分的に 分離している。本発明の利点は、ビーム形成マトリクスからの出力を、全てでは なく、少なくともいくつかを用いれば、検出信号が判定されることである。その 結果、本発明は、移動機が大きなセル内のある領域から他の領域に移動するとき に、ハンドオフを行う必要なく、異なる領域間で自動的で円滑な遷移を達成する 。 また、本発明は、偏波ダイバシティ(polarization diversity)を利用して、フ ェーディング効果を減少させることも可能である。無線波の垂直および水平部分 に対するフェーディングは、殆ど全く相関がない、即ち、互いに独立である。本 発明では、アンテナを垂直または水平に偏波させたり、あるいは混合させること ができる。例えば、アンテナ設置位置のあるものには水平方向に偏波させたアン テナを含ませ、残りのアンテナ設置位置には水平方向および垂直方向に偏波させ たアンテナ双方を含ませることができる。代替的に、各アンテナ設置位置に、水 平方向および垂直方向に偏波させたアンテナ双方を含ませることも可能である。 更に、単一の物理アンテナが偏波ダイバシティを与えることもできる。 本発明は、その精神即ち中心的特徴から逸脱することなく、他の特定形態にも 実施可能であることは、当業者によって認められよう。したがって、ここに開示 した実施例は、あらゆる観点において、例示的であり制限的ではないもとの看做 す。本発明の範囲は、上述の説明ではなく添付の請求の範囲によって示され、そ の均等物の範囲の意味に該当する全ての変更は、その中に包含されることを意図 するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ボディン，ロランド スティグ スウェーデン国 エス − 163 56 ス パンガ，ソルヘムス ハグベグ 180

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の基地局と複数の移動局とを有するセルラ通信システムであって、前 記基地局は、 複数のアンテナであって、セルの分離したまたは部分的に分離した領域を覆う 前記アンテナと、 前記移動局から送信された信号を受信するための、各アンテナ用受信手段と、 各受信機に取り付けられ、前記受信信号を補正する等化手段と、 前記アンテナからの受信信号を結合し、前記送信信号の予測値を形成する手段 と、 から成るセルラ通信システム。 ２．前記複数のアンテナは１箇所のアンテナ設置位置に配されている、請求項 １記載のセルラ通信システム。 ３．前記複数のアンテナは複数の異なるアンテナ設置位置に配されている、請 求項１記載のセルラ通信システム。 ４．前記結合手段は最大比結合を用いて前記予測値を形成する、請求項１記載 のセルラ通信システム。 ５．更に、 前記結合手段に接続され、所定値よりも低い受信信号エネルギを有するアンテ ナ・ブランチを切断する、スケルチ手段を含む、請求項１記載のセルラ通信シス テム。 ６．更に、 前記結合手段に接続され、可調節値よりも低い受信信号エネルギを有するアン テナ・ブランチを切断する、スケルチ手段を含む、請求項１記載のセルラ通信シ ステム。 ７．更に、 前記結合手段に接続され、受信信号エネルギ値が最も低い複数のアンテナ・ブ ランチを切断する、スケルチ手段を含む、請求項１記載のセルラ通信システム。 ８．更に、 前記結合手段に接続され、所定値よりも低い受信信号品質を有するアンテナ・ ブランチを切断する、スケルチ手段を含む、請求項１記載のセルラ通信システム 。 ９．更に、 前記結合手段に接続され、可調節値よりも低い受信信号品質を有するアンテナ ・ブランチを切断する、スケルチ手段を含む、請求項１記載のセルラ通信システ ム。 １０．更に、 前記結合手段に接続され、受信信号品質値が最も低い複数のアンテナ・ブラン チを切断する、スケルチ手段を含む、請求項１記載のセルラ通信システム。 １１．更に、 前記結合手段に接続され、履歴情報に基づいてアンテナ・ブランチを切断する 、スケルチ手段を含む、請求項１記載のセルラ通信システム。 １２．更に、 前記アンテナと前記受信機との間に挿入され、前記セルの分離されたまたは部 分的に分離された領域を覆う、複数のアンテナ・ビームを発生するビーム形成手 段を含む、請求項１記載のセルラ通信システム。 １３．前記ビーム形成手段はバトラー・マトリクスである、請求項１２記載の セルラ通信システム。 １４．垂直方向に偏波されたアンテナおよび水平方向に偏波されたアンテナを 用いる、請求項１記載のセルラ通信システム。 １５．前記異なるアンテナ設置位置は、単一のセル内に配置されている、請求 項３記載のセルラ通信システム。 １６．少なくとも１本のアンテナが偏波ダイバシティを与える、請求項１記載 のセルラ通信システム。